6. Αριθμητική Ολοκλήρωση

Σχετικά έγγραφα
5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Ολοκληρώματα.

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Ολοκληρώματα.

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς.

Αριθµητική Ολοκλήρωση

ΜΑΣ 371: Αριθμητική Ανάλυση ΙI ΑΣΚΗΣΕΙΣ. 1. Να βρεθεί το πολυώνυμο Lagrange για τα σημεία (0, 1), (1, 2) και (4, 2).

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

15 εκεµβρίου εκεµβρίου / 64

Αόριστο ολοκλήρωμα. επαληθεύει την παραπάνω ισότητα.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. (2 μονάδες) Δίνονται τα σημεία (-2, -16), (-1, -3), (0, 0), (1, -1) και (2, 0). Υπολογίστε το πολυώνυμο παρεμβολής Newton.

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Τµήµα Β (Περιττοί) : Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης. 25 Μαΐου 2010 ΕΚΠΑ

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

lim y < inf B + ε = x = +. f(x) =

Aριθμητική Ανάλυση, 4 ο Εξάμηνο Θ. Σ. Παπαθεοδώρου

6. Ορισμένο Ολοκλήρωμα

Αριθμητική Ολοκλήρωση με τις μεθόδους Τραπεζίου/Simpson. Φίλιππος Δογάνης Δρ. Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ

x + ax x x 4 να είναι παραγωγίσιμη στο x Υπόδειξη: Μπορείτε να εφαρμόσετε κανόνα L Hospital ή μπορεί σας χρειαστεί η sin sin = 2sin cos

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2009 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

1 Αριθμητική κινητής υποδιαστολής και σφάλματα στρογγύλευσης

f(x) = lim f n (t) = d(t, x n ) d(t, x) = f(t)

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

Απειροσ τικός Λογισμός ΙΙ Πρόχειρες Σημειώσεις Τμήμα Μαθηματικών Πανεπιστήμιο Αθηνών

ΜΑΣ 371: Αριθμητική Ανάλυση ΙI ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. 1. Να βρεθεί το πολυώνυμο παρεμβολής Lagrange για τα σημεία (0, 1), (1, 2) και (4, 2).


ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι Β ΜΕΡΟΣ

Αριθμητική Ολοκλήρωση με τις μεθόδους Τραπεζίου/Simpson. Φίλιππος Δογάνης Δρ. Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ

Εισαγωγή στον Προγραµµατισµό. Ανάλυση (ή Επιστηµονικοί 21Υπολογισµοί)

A Τελική Εξέταση του μαθήματος «Αριθμητική Ανάλυση» Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, , 3 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ #4: ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Σ. Μισδανίτης. με το πολυώνυμο παρεμβολής Lagrange 2 ης τάξης

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Παντελής Μπουμπούλης, M.Sc., Ph.D. σελ. 2 math-gr.blogspot.com, bouboulis.mysch.gr

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΟΡΘΟΓΩΝΙΩΝ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ...23 ΑΠΟΛΥΤΗ ΤΙΜΗ. ΑΝΙΣΟΤΗΤΕΣ...15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΥΘΕΙΕΣ...32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΥΚΛΟΙ...43

Όταν η s n δεν συγκλίνει λέμε ότι η σειρά αποκλίνει.

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

f(x) = και στην συνέχεια

Διάλεξη 5: Συνέχεια συναρτήσεων και όρια στο άπειρο

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ

Κεφ. 4: Ολοκλήρωση. 4.1 Εισαγωγή

Μαθηματικά Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ - ΣΗΜΕΙΑ ΚΑΜΠΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Εαρινό Εξάμηνο Χ. Χαραλάμπους ΑΠΘ. Ιστορία των Μαθηματικών. Χαρά Χαραλάμπους Τμήμα Μαθηματικών, ΑΠΘ

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον (Εργαστήριο 8)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2008 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

[1] είναι ταυτοτικά ίση με το μηδέν. Στην περίπτωση που το στήριγμα μιας συνάρτησης ελέγχου φ ( x)

Αριθμητική εύρεση ριζών μη γραμμικών εξισώσεων

Κεφάλαιο 8. Αριθμητικός υπολογισμός ορισμένου ολοκληρώματος

4 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑΤΑ 4.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Σηµειώσεις. Eφαρµοσµένα Μαθηµατικά Ι. Nικόλαος Aτρέας

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, 2004, 3 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #5: ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

40 Ασκήσεις στον ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΟ ( Επεξεργασία του ΜΑΝΩΛΗ ΨΑΡΡΑ)

Συνέχεια συνάρτησης σε διάστημα. Η θεωρία και τι προσέχουμε. x, ισχύει: lim f (x) f ( ).

Ανάλυση Ι και Εφαρμογές Σημειώσεις από τις παραδόσεις Α. Γιαννόπουλος Τμήμα Φυσικής Πανεπιστήμιο Αθηνών Αθήνα 2018

ΘΕΩΡΙΑ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΝΟΥΤΣΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΚΩΝ. Ιωάννινα 2014

ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΞΗ ΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

ΜΙΓΑ ΙΚΟΙ. 3. Για κάθε z 1, z 2 C ισχύει z1 + z2 = z1 + z2. 4. Για κάθε z C ισχύει z z 2 z. 5. Για κάθε µιγαδικό z ισχύει: 6.

1 Επανάληψη εννοιών από τον Απειροστικό Λογισμό

Τριγωνομετρικά πολυώνυμα

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Το 1ο Θέμα στις πανελλαδικές εξετάσεις

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

K. Μυλωνάκης Αλγεβρα B Λυκείου

Κεφάλαιο 4: Στοιχεία της εκδοχής hp της ΜΠΣ στις 2- διαστάσεις

Η Θεωρία στα Μαθηματικά κατεύθυνσης της Γ Λυκείου

Μαθηματικά. Ενότητα 2: Διαφορικός Λογισμός. Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Κοζάνη)

1 + t + s t. 1 + t + s

2ογελ ΣΥΚΕΩΝ 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ Β Λυκει(ου ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ

2.1 Πολυώνυμα. 1. Ποιες από τις παρακάτω παραστάσεις είναι πολυώνυμα; 3 2 ii. x iii. 3 iv. vi.

> ln 1 + ln ln n = ln(1 2 3 n) = ln(n!).

Δηλαδή η ρητή συνάρτηση είναι πηλίκο δύο ακέραιων πολυωνύμων. Επομένως, το ζητούμενο ολοκλήρωμα είναι της μορφής

Αριθμητική Ανάλυση & Εφαρμογές

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Ασύμπτωτες. Διαφορικός Λογισμός μιας μεταβλητής Ι

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

159141,9 64 x n 1 n

lim (f(x + 1) f(x)) = 0.

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 3 Οι ιδιότητες των αριθμών Αριθμητικά σύνολα Ιδιότητες Περισσότερες ιδιότητες...

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Riemann και ολοκλήρωµα Lebesgue - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Για να εκφράσουμε τη διαδικασία αυτή, γράφουμε: :

ιαµέριση (Partition) ορισµένη στο διάστηµα I = [a, b]

A. ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

( 1)( 3) ( ) det( ) (1 )( 1 ) ( 2)( 2) pl( ) det( L ) (5 )( 7 ) ( 1) ( ) det( M ) (1 )(1 )

Προβλήματα που αφορούν εντολές ελέγχου της ροής ενός προγράμματος.

ΤΟ ΘΕΜΑ Α ΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Σχόλια στα όρια. Γενικά

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ KΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ 1

Οι συναρτήσεις που θα διαπραγματευτούμε θεωρούνται ότι είναι ολοκληρώσιμες με την έννοια που καθόρισε ο Riemann. Η συνάρτηση

Μέϑοδοι Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών (ΜΕΜ 274) Φυλλάδιο 2

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

A. ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

Non Linear Equations (2)


ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

2. Επίλυση μη Γραμμικών Εξισώσεων

Ερωτήσεις-Απαντήσεις Θεωρίας

Transcript:

6. Αριθμητική Ολοκλήρωση Ασκήσεις 6.1 Έστω f : [; b]! R μια συνάρτηση, της οποίας το ολοκλήρωμα του Riemnn στο διάστημα [; b] υπάρχει. Αν Qn T είναι ο σύνθετος τύπος ολοκλήρωσης του τραπεζίου με n ομοιόμορφα κατανεμημένους κόμβους στο διάστημα [; b]; αποδείξτε ότι lim n!1 QT n (f ) = f (x) dx: 6.2 Έστω ' : [; b]! R μια συνεχής συνάρτηση, και : [; b]! (; b) μια τυχούσα απεικόνιση. Αν η συνάρτηση k : [; b]! R δεν αλλάζει πρόσημο, αποδείξτε ότι υπάρχει # 2 (; b); τέτοιο ώστε k(x) ' (x) dx = '(#) k(x) dx; υποθέτοντας ότι τα ολοκληρώματα υπάρχουν. [Το γεγονός αυτό χρησιμοποιήθηκε επανειλημμένα σε αυτό το κεφάλαιο, π.χ. στην απόδειξη των σχέσεων (6.3), (6.5), (6.12) και (6.24) θα χρειαστεί επίσης σε μερικές από τις ασκήσεις που ακολουθούν.] Γιατί δεν ικανοποιείται η σχέση k(x) '(x) dx = '(#) k(x) dx; για κανένα # 2 [; 1]; για τις συναρτήσεις '(x) := k(x) := x; x 2 [; 1]; 6.3 Έστω n 2 N και 1 ; : : : ; n μη αρνητικοί αριθμοί, τέτοιοι ώστε 1 + + n = 1: Έστω ' : [; b]! R μια συνεχής συνάρτηση, και x 1 ; : : : ; x n σημεία στο διάστημα [; b]: Αποδείξτε ότι 9 2 [; b] 1 '(x 1 ) + + n '(x n ) = '(): [Σημείωση. Κάθε παράσταση της μορφής 1 '(x 1 ) + + n '(x n ); με 1 ; : : : ; n όπως σε αυτήν την άσκηση, λέγεται κυρτός συνδυασμός τιμών της ': Μια ειδική περίπτωση του 23

24 6. Αριθμητική Ολοκλήρωση αποτελέσματος για 1 = = n χρησιμοποιήθηκε στην απόδειξη των σχέσεων (6.4) και (6.9) χρειάζεται επίσης στις Ασκήσεις 6.13, 6.14, 6.15 και 6.16.] 6.4 Για ' και x 1 ; : : : ; x n όπως στην προηγούμενη Άσκηση και 1 ; : : : ; n ομόσημους αριθμούς, αποδείξτε ότι 9 2 [; b] 1 '(x 1 ) + + n '(x n ) = ( 1 + + n )'(): 6.5 Στο Παράδειγμα 6.3, ποιο πλήθος κόμβων εξασφαλίζει ότι ο σύνθετος τύπος του Simpson δίνει το αποτέλεσμα με ακρίβεια πέντε δεκαδικών ψηφίων; 6.6 Προσεγγίζουμε το ολοκλήρωμα της συνάρτησης f; f (x) := p x; x 2 [0; 1]; στο διάστημα [0; 1] με τον σύνθετο τύπο του τραπεζίου ως προς έναν ομοιόμορφο διαμερισμό με βήμα h: Αποδείξτε ότι η τάξη της μεθόδου είναι 3/2: [Υπόδειξη: Έστω n 2 N; h = 1/n και x i := ih; i = 0; : : : ; n: Έστω r i το σφάλμα του τύπου του τραπεζίου στο διάστημα [x i ; x i+1 ]: Αποδείξτε ότι r 0 = h 3/2 /6 και h 3/2 48 1 (i + 1) r 3/2 i h3/2 48 1 ; i = 1; : : : ; n 1: i 3/2 Χρησιμοποιήστε επίσης τη σύγκλιση της σειράς 1X i=1 1 i 3/2 : ] 6.7 α) Προσδιορίστε τα βάρη w 1 και w 2 ; έτσι ώστε ο τύπος Q; Q(f ) = w 1 f (1/2)+w 2 f (1); να ολοκληρώνει στο διάστημα [; 1] πολυώνυμα μέχρι και πρώτου βαθμού ακριβώς. β) Προσδιορίστε τα βάρη w 1 ; w 2 και τους κόμβους x 1 και x 2 ; έτσι ώστε ο τύπος Q; Q(f ) = w 1 f (x 1 ) + w 2 f (x 2 ); να ολοκληρώνει στο διάστημα [; 1] ακριβώς πολυώνυμα μέχρι και βαθμού n για τη μέγιστη δυνατή τιμή του n: 6.8 Έστω Qn T και QS m ο σύνθετος τύπος του τραπεζίου και του Simpson, αντίστοιχα, με n και m ομοιόμορφα κατανεμημένους κόμβους στο διάστημα [; 1]; αντίστοιχα. Αποδείξτε ότι για τη συνάρτηση f; f (x) := (x 6 /30) x 2 ; ισχύει Q T n (f ) f (x) dx Q S m (f ): 6.9 Έστω Q ένας τύπος ολοκλήρωσης στο διάστημα [; b]; και R το αντίστοιχο συναρτησιακό σφάλματος, R b f (x) dx Q(f ): Αποδείξτε ότι υπάρχει το πολύ ένας φυσικός αριθμός k τέτοιος ώστε να ισχύει 9C k 2 R 8f 2 C k [; b] 9 2 [; b] R(f ) = C k f (k) ():

Ασκήσεις 25 6.10 Έστω Q n ο τύπος ολοκλήρωσης των Newton Cotes σε ένα διάστημα της μορφής [ ; ] με n κόμβους. Αν Q n (f ) = w 0 f (x 0 ) + + w n f (x n ) και x i ; x j δύο κόμβοι τέτοιοι ώστε x i = x j ; αποδείξτε για τα αντίστοιχα βάρη ότι w i = w j : (Πρόκειται δηλαδή, όπως λέμε, για έναν συμμετρικό τύπο ολοκλήρωσης.) 6.11 Έστω Q n ο τύπος ολοκλήρωσης των Newton Cotes σε ένα διάστημα της μορφής [ ; ]: Χρησιμοποιήστε την προηγούμενη Άσκηση για να αποδείξετε ότι ο Q n ολοκληρώνει ακριβώς κάθε περιττή και ολοκληρώσιμη συνάρτηση στο [ ; ]: 6.12 Αποδείξτε ότι υπάρχουν βάρη w 1 ; w 2 ; w 3 ; τέτοια ώστε ο τύπος ολοκλήρωσης Q(f ) := w 1 f (0) + w 2 f 0 (0) + w 3 f (1); f 2 C 1 [0; 1]; να ολοκληρώνει στο [0; 1] πολυώνυμα μέχρι και δευτέρου βαθμού ακριβώς, δηλαδή με να ισχύει 0 f (x) dx Q(f ) 8p 2 P 2 R(p) = 0: Προσδιορίστε μια σταθερά c τέτοια ώστε 8f 2 C 3 [0; 1] 9 2 (0; 1) R(f ) = cf (3) (): 6.13 Θεωρούμε τον (αριστερό) τύπο του ορθογωνίου Q; Q(f ) := (b )f (); f 2 C [; b]: Έστω R το σφάλμα του, y f (x) f (x) dx Q(f ): α) Αποδείξτε ότι ο Q ολοκληρώνει ακριβώς σταθερές συναρτήσεις. Q(f ) b x β) Αποδείξτε ότι 8f 2 C 1 [; b] 9 2 (; b) R(f ) = (b )2 2 f 0 (): γ) Έστω n 2 N; h := (b )/n; και x i := + ih; i = 0; : : : ; n: Αποδείξτε ότι για f 2 C 1 [; b] υπάρχει 2 (; b); τέτοιο ώστε Xn f (x) dx h f (x i ) = b h f 0 (): 2 i=0

26 6. Αριθμητική Ολοκλήρωση 6.14 Θεωρούμε τον τύπο του μέσου Q; Q(f ) := (b )f +b 2 ; f 2 C [; b]: Έστω R το σφάλμα του, y f (x) f (x) dx Q(f ): Q(f ) ( + b)/2 b x α) Αποδείξτε ότι ο Q ολοκληρώνει ακριβώς πολυώνυμα μέχρι και πρώτου βαθμού, δηλαδή για p 2 P 1 ισχύει R(p) = 0: β) Αποδείξτε ότι 8f 2 C 2 [; b] 9 2 (; b) R(f ) = (b )3 24 f 00 (): γ) Έστω n 2 N; h := (b )/n; και x i := + ih; i = 0; : : : ; n: Αποδείξτε ότι για f 2 C 2 [; b] υπάρχει 2 (; b); τέτοιο ώστε Xn f (x) dx h f i=0 x i + h = b 2 24 h2 f 00 (): 6.15 Θεωρούμε τον τύπο ολοκλήρωσης Q; Q(f ) := (b y )f () + (b )2 2 f 0 (); f 2 C 1 [; b]; που προκύπτει ολοκληρώνοντας το πολυώνυμο Tylor p; p(x) = f () + f 0 ()(x f (x) ); στο διάστημα [; b]: Έστω R το σφάλμα του, f (x) dx Q(f ): Q(f ) b x α) Αποδείξτε ότι ο Q ολοκληρώνει ακριβώς πολυώνυμα μέχρι και πρώτου βαθμού, δηλαδή για p 2 P 1 ισχύει R(p) = 0: β) Αποδείξτε ότι 8f 2 C 2 [; b] 9 2 (; b) R(f ) = (b )3 6 f 00 (): γ) Έστω n 2 N; h := (b )/n; και x i := + ih; i = 0; : : : ; n: Αποδείξτε ότι για f 2 C 2 [; b] υπάρχει 2 (; b); τέτοιο ώστε Xn i f (x) dx hhf (x i ) + h2 2 f 0 (x i ) i=0 = b 6 h 2 f 00 ():

Ασκήσεις 27 6.16 Έστω n 2 N; h := (b )/n; και x i := + ih; i = 0; : : : ; n; και Q n+1 ο τύπος ολοκλήρωσης 1 Q n+1 (f ) := h 2 f (x Xn 0) + f (x i ) + 1 2 f (x n) h2 f 0 (x n ) f 0 (x 0 ) ; 12 i=1 f 2 C 1 [; b]: Αποδείξτε ότι για f 2 C 4 [; b] υπάρχει 2 (; b); τέτοιο ώστε f (x) dx Q n+1 (f ) = b 720 h4 f (4) (): [Υπόδειξη: Προσδιορίστε πρώτα έναν απλό τύπο ολοκλήρωσης, ο οποίος εφαρμοζόμενος σε κάθε ένα από τα υποδιαστήματα [x i ; x i+1 ]; i = 0; : : : ; n 1; οδηγεί στον Q n+1 : ] 6.21 Θεωρούμε ένα διάστημα της μορφής [ ; ] και μια άρτια συνάρτηση βάρους w : [ ; ]! R: Αποδείξτε ότι ο τύπος ολοκλήρωσης του Guss Q n με n κόμβους ως προς w είναι συμμετρικός, δηλαδή αν x i είναι ένας κόμβος του, τότε και το σημείο x i είναι κόμβος και τα αντίστοιχα βάρη είναι ίσα. [Υπόδειξη: Χρησιμοποιήστε την Παρατήρηση 5.2 και το γεγονός ότι, για δεδομένη συνάρτηση βάρους w και δεδομένο πλήθος κόμβων n; υπάρχει ακριβώς ένας τύπος ολοκλήρωσης του Guss.] 6.22 Έστω x 1 ; : : : ; x n οι ρίζες του πολυωνύμου του Legendre βαθμού n: Αν L i ; i = 1; : : : ; n; είναι τα πολυώνυμα του Lgrnge ως προς x 1 ; : : : ; x n ; αποδείξτε ότι L i (x) = L i (x) dx = ny j =1 j i x x j x i x j ; i = 1; : : : ; n; Li (x) 2 dx; i = 1; : : : ; n: 6.24 Έστω w : [; b]! R μια συνάρτηση βάρους και Q n ο τύπος ολοκλήρωσης του Guss με n κόμβους ως προς w: Αποδείξτε ότι 8f 2 C [; b] lim Q n(f ) = w(x)f (x) dx: n!1 [Υπόδειξη: Χρησιμοποιήστε το θεώρημα προσέγγισης του Weierstrss, τη θετικότητα των βαρών των τύπων του Guss, και το γεγονός ότι Q n (1) = R b w(x) dx: ]

28 6. Αριθμητική Ολοκλήρωση 6.25 Έστω [; b] ένα διάστημα και Q n ένας τύπος ολοκλήρωσης με κόμβους x 1 ; : : : ; x n 2 [; b]; ανά δύο διαφορετικούς μεταξύ τους, και βάρη w 1 ; : : : ; w n ; Q n (f ) = w 1 f (x 1 ) + + w n f (x n ) f (x) dx: Υποθέτουμε ότι ο Q n είναι παρεμβολικός, δηλαδή ολοκληρώνει πολυώνυμα βαθμού μέχρι και n 1 ακριβώς, 8p 2 P n Q n (p) = p(x) dx: Αν k 2 N 0 ; αποδείξτε ότι ο Q n ολοκληρώνει πολυώνυμα βαθμού μέχρι και n + k ακριβώς, αν και μόνο αν 8r 2 P k (x x 1 ) (x x n )r(x) dx = 0: Ποιος τύπος προκύπτει στην περίπτωση k = n 1; [Υπόδειξη: Έστω p 2 P n+k και q 2 P n το πολυώνυμο παρεμβολής του p στα σημεία x 1 ; : : : ; x n : Τότε, p(x) = q(x) + (x x 1 ) (x x n )r(x) με r 2 P k ; Q n (q) = Q n (p) και (p q)(x) dx = (x x 1 ) (x x n )r(x) dx: ] 6.26 Έστω [; b] ένα διάστημα και x 1 ; : : : ; x n 2 [; b] ανά δύο διαφορετικά μεταξύ τους σημεία. Αποδείξτε ότι υπάρχει ένας τύπος ολοκλήρωσης Q n ; με κόμβους x 1 ; : : : ; x n και βάρη w 1 ; : : : ; w n και zw 1 ; : : : ; zw n ; της μορφής Q n (f ) = w 1 f (x 1 ) + + w n f (x n ) + zw 1 f 0 (x 1 ) + + zw n f 0 (x n ); ο οποίος ολοκληρώνει πολυώνυμα βαθμού μέχρι και 2n 1 ακριβώς. Για ποια επιλογή των κόμβων x 1 ; : : : ; x n μηδενίζονται τα βάρη zw 1 ; : : : ; zw n ;