БОЛЬШАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА  
рефераты
Добро пожаловать на сайт Большой Научной Библиотеки! рефераты
рефераты
Меню
Главная
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм и уфология
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование и комп-ры
Радиоэлектроника
Региональная экономика
Режущий инструмент
Реклама и PR
Ресторанно-гостиничный бизнес бытовое обслуживан
Римское право
Русский язык культура речи
РЦБ ценные бумаги
САПР
Сексология
Семейное право
Социология
Страховое право
Строительство архитектура
Таможенное право
Теория государства и права
Технология
Таможенная система
Транспорт
Физика и энергетика
Философия
Финансы деньги и налоги
Физкультура и спорт
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
Экология
Экономика
Экономико-математическое моделирование
Экономическая география
Экономическая теория
Эргономика
Этика и эстетика
Сочинения по литературе и русскому языку
Рефераты по теории государства и права
Рефераты по теории организации
Рефераты по теплотехнике
Рефераты по товароведению
Рефераты по трудовому праву
Рефераты по туризму
Рефераты по уголовному праву и процессу
Рефераты по управлению
Рефераты по менеджменту
Рефераты по металлургии
Рефераты по муниципальному праву
Биографии
Рефераты по психологии
Рефераты по риторике
Рефераты по статистике
Рефераты по страхованию
Рефераты по схемотехнике
Рефераты по науке и технике
Рефераты по кулинарии
Рефераты по культурологии
Рефераты по зарубежной литературе
Рефераты по логике
Рефераты по логистике
Рефераты по маркетингу
Рефераты по международному публичному праву
Рефераты по международному частному праву
Рефераты по международным отношениям
Рефераты по культуре и искусству
Рефераты по кредитованию
Рефераты по естествознанию
Рефераты по истории техники
Рефераты по журналистике
Рефераты по зоологии
Рефераты по инвестициям
Рефераты по информатике
Исторические личности
Рефераты по кибернетике
Рефераты по коммуникации и связи
Рефераты по косметологии
Рефераты по криминалистике
Рефераты по криминологии
Новые или неперечисленные
Без категории

Метод Симпсона на компьютере

Метод Симпсона на компьютере

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Программа приближенного вычисления определенного интеграла с помощью ф –

лы Симпсона на компьютере»

Выполнил:

студент ф – та ЭОУС – 1 – 12

Валюгин А. С.

Принял:

Зоткин С. П.

Москва 2001

1. Введение

Определенный интеграл от функции, имеющей неэлементарную первообразную,

можно вычислить с помощью той или иной приближенной формулы. Для решения

этой задачи на компьютере, среди прочих, можно воспользоваться формулами

прямоугольников, трапеций или формулой Симпсона. В данной работе

рассматривается именно последняя.

Рассмотрим функцию y = f(x). Будем считать, что на отрезке [a, b] она

положительна и непрерывна. Найдем площадь криволинейной трапеции aABb (рис.

1).

[pic]

рис. 1

Для этого разделим отрезок [a, b] точкой c = (a + b) / 2 пополам и в точке

C(c, f(c)) проведем касательную к линии y = f(x). После этого разделим [a,

b] точками p и q на 3 равные части и проведем через них прямые x = p и x

= q. Пусть P и Q – точки пересечения этих прямых с касательной. Соединив A

с P и B с Q, получим 3 прямолинейные трапеции aAPp, pPQq, qQBb. Тогда

площадь трапеции aABb можно приближенно посчитать по следующей формуле

I ( (aA + pP) / 2 * h + (pP + qQ) / 2 * h + (qQ + bB) / 2 * h, где h =

(b – a) / 3.

Откуда получаем

I ( (b – a) / 6 * (aA + 2 * (pP + qQ) + bB)

заметим, что aA = f(a), bB = f(b), а pP + qQ = 2 * f(c), в итоге получаем

малую фор – лу Симпсона

Малая формула Симпсона дает интеграл с хорошей точностью, когда график

подинтегральной функции мало изогнут, в случаях же, когда дана более

сложная функция малая формула Симпсона непригодна. Тогда, чтобы посчитать

интеграл заданной функции нужно разбить отрезок [a, b] на n частей и к

каждому из отрезков применить формулу (1). После указанных выше действий

получится “большая” формула Симпсона, которая имеет вид,

где Yкр = y1 + yn, Yнеч = y3 + y5 + … + yn – 1, Yчет = y2 + y4 + … + yn –

2, а h = (b – a) / n.

Задача. Пусть нужно проинтегрировать функцию f(x) = xі(x - 5)І на

отрезке [0, 6] (рис. 2). На этом отрезке функция непрерывна и принимает

только неотрицательные значения, т. е. знакопостоянна.

[pic]

рис. 2

Для выполнения поставленной задачи составлена нижеописанная программа,

приближенно вычисляющая определенный интеграл с помощью формулы Симпсона.

Программа состоит из трех функций main, f и integral. Функция main вызывает

функцию integral для вычисления интеграла и распечатывает на экране

результат. Функция f принимает аргумент x типа float и возвращает значение

интегрируемой функции в этой точке. Integral – основная функция программы:

она выполняет все вычисления, связанные с нахождением определенного

интеграла. Integral принимает четыре параметра: пределы интегрирования типа

float, допустимую относительную ошибку типа float и указатель на

интегрируемую функцию. Вычисления выполняются до тех пор, пока

относительная ошибка, вычисляемая по формуле

| (In/2 – In) / In | ,

где In интеграл при числе разбиений n, не будет меньше требуемой. Например,

допустимая относительная ошибка e = 0.02 это значит, что максимальная

погрешность в вычислениях будет не больше, чем In * e = 0.02 * In. Функция

реализована с экономией вычислений, т. е. учитывается, что Yкр постоянная,

а Yнеч = Yнеч + Yчет, поэтому эти значения вычисляются единожды. Высокая

точность и скорость вычисления делают использование программы на основе

формулы Симпсона более желательным при приближенном вычислении интегралов,

чем использование программ на основе формулы трапеции или метода

прямоугольников.

Ниже предлагается блок – схема, спецификации, листинг и ручной счет

программы на примере поставленной выше задачи. Блок – схема позволяет

отследить и понять особенности алгоритма программы, спецификации дают

представление о назначении каждой переменной в основной функции integral,

листинг - исходный код работающей программы с комментариями, а ручной счет

предоставляет возможность проанализировать результаты выполнения программы.

2. Блок – схема программы

ДА

НЕТ

3. Спецификации

|Имя переменной|Тип |Назначение |

|n |int |Число разбиений отрезка [a, b] |

|i |int |Счетчик циклов |

|a |float |Нижний предел интегрирования |

|b |float |Верхний предел интегрирования |

|h |float |Шаг разбиения отрезка |

|e |float |Допустимая относительная ошибка |

|f |float |Указатель на интегрируемую фун - цию |

| |(*) | |

|s_ab |float |Сумма значений фун – ции в точках a и|

| | |b |

|s_even |float |Сумма значений фун – ции в нечетных |

| | |точках |

|s_odd |float |Сумма значений фун – ции в четных |

| | |точках |

|s_res |float |Текущий результат интегрирования |

|s_pres |float |Предыдущий результат интегрирования |

4. Листинг программы

#include

#include

/* Прототип фун – ции, вычисляющей интеграл */

float integral(float, float, float, float (*)(float));

/* Прототип фун – ции, задающей интегрируемую фун – цию */

float f(float);

main()

{

float result;

result = integral(0, 6, .1, f);

printf("%f", result);

return 0;

}

/* Реализация фун – ции, задающей интегрируемую фун – цию

*/

float f(float x)

{

/* Функция f(x) = xі(x - 5)І */

return pow(x, 3) * pow(x - 5, 2);

}

/* Реализация фун – ции, вычисляющей интеграл */

float integral(float a, float b, float e, float

(*f)(float))

{

int n = 4, i; /* Начальное число разбиений 4 */

float s_ab = f(a) + f(b); /* Сумма значений фун – ции

в a и b */

float h = (b – a) / n; /* Вычисляем шаг */

float s_even = 0, s_odd;

float s_res = 0, s_pres;

/* Сумма значений фун – ции в нечетных точках */

for (i = 2; i < n; i += 2) {

s_even += f(a + i * h);

}

do {

s_odd = 0;

s_pres = s_res;

/* Сумма значений фун – ции в четных точках */

for (i = 1; i < n; i += 2) {

s_odd += f(a + i * h);

}

/* Подсчет результата */

s_res = h / 3 * (s_ab + 2 * s_even + 4 *

s_odd);

/* Избегаем деления на ноль */

if (s_res == 0) s_res = e;

s_even += s_odd;

n *= 2;

h /= 2;

} while (fabs((s_pres - s_res) / s_res) > e);/*

Выполнять до тех пор, пока результат не будет

удовлетворять допустимой ошибке */

return fabs(s_res); /* Возвращаем результат */

}

5. Ручной счет

Таблица константных значений для n = 8

|Имя переменной|Значение|

|a |0 |

|b |6 |

|e |.1 |

|s_ab |216 |

|h |.75 |

Подсчет s_even

|i |a + i * |f(a + i *|s_even |

| |h |h) | |

|2 |1.5 |41.34375 |41.34375 |

|4 |3 |108 |149.34375|

|6 |4.5 |22.78125 |172.125 |

Подсчет s_odd

|i|a + i *|f(a + i |s_odd |

| |h |* h) | |

|1|.75 |7.62012 |7.6201|

| | | |2 |

|3|2.25 |86.14158|93.761|

| | | |7 |

|5|3.75 |82.3973 |176.15|

| | | |9 |

|7|5.25 |9.044 |185.20|

| | | |3 |

Подсчет s_res

|( f(x)|s_res = h / 3 * (s_ab + 2 * s_even +|Абсолютная ошибка |

|dx |4 * s_odd) | |

|324 |325.266 |1.266 |

-----------------------

Ввод a, b, e, f(x)

n = 4, h = (b – a) / n

s_ab = f(a) + f(b)

s_even = 0, s_res = 0

s_even = s_even +

f(a??????????????????????????????????????????????????????"???'??????????????

??????????????????????????????????????????????????????††??? + i * h)

i = 2, n – 1, 2

s_odd = 0, s_pres = s_res

i = 1, n – 1, 2

s_odd = s_odd + f(a + i * h)

s_res = h / 3 * (s_ab + 2 * s_even + 4 * s_odd)

s_even = s_even + s_odd, n = n / 2, h = h / 2

| (s_pres – s_res) / s_res | > e

I ( (b – a) / 6 * (f(a) + 4 * f(c) + f(b)) (1)

Вывод s_res

I ( h / 3 * (Yкр + 2 * Yнеч + 4 * Yчет) (2)





17.06.2012
Большое обновление Большой Научной Библиотеки  рефераты
12.06.2012
Конкурс в самом разгаре не пропустите Новости  рефераты
08.06.2012
Мы проводим опрос, а также небольшой конкурс  рефераты
05.06.2012
Сена дизайна и структуры сайта научной библиотеки  рефераты
04.06.2012
Переезд на новый хостинг  рефераты
30.05.2012
Работа над улучшением структуры сайта научной библиотеки  рефераты
27.05.2012
Работа над новым дизайном сайта библиотеки  рефераты

рефераты
©2011