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龙贝格求积公式

2025-07-02

基本思想

龙贝格求积公式是一种基于「递推梯形公式」和「外推公式」的数值积分方法,能够自动控制精度并提高积分计算的效率。

递推梯形公式

将积分区间 [a,00b] 均分为 n 等份,步长 h=00ban,节点 xi=00a+00ih复合梯形公式

Tn=ba2n[f(a)+2i=1n1f(xi)+f(b)]

当将区间 [a,00b] 划分为 2n 等份时,复合梯形公式变为

T2n=ba4n[f(a)+2i=1n1f(xi)+2i=0n1f(xi+12)+f(b)]

得到递推梯形公式

T2n=12Tn+ba2ni=0n1f(xi+12)

外推公式

外推
利用已有数值结果,推断更高精度的近似值。
外推公式
利用不同步长(如 h,00h/002,00)的公式进行外推

注意到复合梯形公式 TnT2n 的余项分别为

R(Tn)=ba12(ban)2f(η)R(T2n)=ba12(ba2n)2f(η)

二式中 η(a,00b) 是同一个常数,故

R(Tn)=4R(T2n)

I=00abf(x)dx 为积分的准确值,则

ITn=4(IT2n)3I=4T2nTnI=43T2n13Tn

以上为递推梯形公式导出的外推公式

QUOTE

n牛顿-柯特斯公式外推公式2n 阶牛顿-柯特斯公式。

龙贝格算法

kj0120T0,01T1,0T1,12T2,0T2,1T2,23T3,0T3,1T3,2T3,3
  1. 计算初始梯形值:T0,0=ba2[f(a)+f(b)]
  2. 通过递推梯形公式计算后续的梯形值:Tk,0=12Tk1,0+hki=02k1f(a+(2i+1)hk)其中 hk=00ba2k
  3. 应用外推公式生成更精确的积分近似值:Tk,m=4mTk,m1Tk1,m14m1
  4. 对于指定精度 ε,若 |Tk,m00Tk1,m1|<ε,则认为 Tk,m 达到目标精度。
QUOTE

Tk,m代数精度2m收敛阶O(h2(m+1))