Численное интегрирование. Добрынина Н.Ф. - 61 стр.

UptoLike

Составители: 

61
+
ω
=λ=μ=μ
+
+
)1()1(
)!1(
!
)!1(
)2(2
)1(
)1(
1
1
)(
*
)()( lr
r
r
l
r
l
m
l
m
l
m
l
m
i
QQ
l
r
lr
; (23)
(
)
),(14
*
)(
*
1
k
l
k
r
m
xrm λ++=ω
.
При этом
!
2
)(
~
1
1
)1,1;(
sup
)(
r
M
fLfdx
r
m
MWf
t
ω
=
. (24)
Видим, что узлы
k
y
и веса
)(l
k
μ новой квадратурной формулы с
12 +m узлами, наилучшей для класса )1,1;( MW
r
, получаются сим-
метризацией узлов и весов формулы, наилучшей для класса
)1,0;(
)(
0
MW
r
, и добавлением одного среднего узла
0
y вместе с весами
))1(,...,2,1(
)(
*
±±±=λ mk
l
k
.
Доказательство.
Будем рассматривать квадратурные формулы (20),
точные для многочленов
1r
P . Имеем
+
=
=
=
=
λ
∑∑
∑∑
∑∑
∑∑
=
=
=
=
=
=
=
=
1
0
1
2
0
)1,;(
1
12
0
),1;(
1
1
2
0
)1,1;(
1
1
2
0
)()(
)1,1;(
!
1
!
1
!
1
)()!1(
!
1
supsup
sup
sup
0
)(
0
0
0
)(
0
)(
0
)(
m
k
r
l
xMWf
x
mk
r
l
xMWf
m
mk
r
l
MWf
m
mk
r
l
k
ll
k
MWf
r
fdx
r
fdx
r
fdx
xflr
r
fdx
r
x
r
r
x
r
x
r
[]
r
m
r
m
rr
r
M
r
xxM ω
ω
++
++
!
2
!
)1()1(
1
0
1
0
. (25)
Подставляя в квадратурную формулу (20) вместо вектора узлов и
весов
),,...,([( mmkyx
kk
== )],...,2,1(
)()(
mk
l
k
l
k
±±±=λ=λ единицу,
получим уравнение, из которого находится
)0(
0
)0(
0
μ=λ . Подставляя
далее
x
, находим
)1(
0
μ и так далее до
)2(
0
μ
r
. Остается проверить, что
                                          2(2ωm ) l +1 ⎡ r!                                     ⎤
                                                                         l +1
   (−1) i μ (−lm) = μ (ml ) = λ(ml )* =                 ⎢          Qr (1) r − Qr( r −l −1) ( −1)⎥ ;            (23)
                                          (r − l − 1)! ⎣⎢ (l + 1)!                              ⎦⎥

                                            (
                                   ωm = 4 m + r r + 1           )−1
                                                                      (λ(kl*) , xk* ) .
     При этом
                                                 1
                                                              ~         2Mωrm
                                   sup               ∫
                              f ∈W ( t ) ( M ; −1,1) −1
                                                        fdx − L ( f ) =
                                                                          r!
                                                                              .                                (24)

     Видим, что узлы yk и веса μ (lk ) новой квадратурной формулы с
2m + 1 узлами, наилучшей для класса W r ( M ;−1,1) , получаются сим-
метризацией узлов и весов формулы, наилучшей для класса
W0( r ) ( M ;0,1) , и добавлением одного среднего узла y0 вместе с весами
λ(kl*)    ( k = ±1,±2,...,± (m − 1)) .
   Доказательство. Будем рассматривать квадратурные формулы (20),
точные для многочленов Pr −1 . Имеем
                            ⎡1       1 m r −2 (l )                   ⎤
                            ⎢ ∫ fdx − ∑ ∑ λ k ( r − l − 1)! f ( xk ) ⎥ =
                                                             (l )
           sup
     f ∈W ( r ) ( M ; −1,1) ⎢
                            ⎣ −1     r! k =− m l =0                  ⎥⎦
                                ⎡1         1 m r −2 ⎤
    =          sup              ⎢∫   fdx −     ∑ ∑ ⎥=
                                           r! k =− m l =0 ⎥⎦
               0
                                ⎢
         f ∈Wx( r ) ( M ; −1,1) ⎣ −1

                                   ⎡ x0     1 −1 r −2 ⎤                                   ⎡1       1 m r −2 ⎤
    =          sup                 ⎢ ∫ fdx − ∑ ∑ ⎥ +                   sup                ⎢ ∫ fdx − ∑∑ ⎥ ≥
                                   ⎢ −1
         f ∈Wx( r ) ( M ; −1, x0 ) ⎣        r! k =− m l =0 ⎥⎦                             ⎢0
                                                                f r ∈Wx( r ) ( M ; x0 ,1) ⎣        r! k =1 l =0 ⎦⎥
               0                                                        0




           [                                    ]ωr! ≥ 2rM! ω
                                                     r
   ≥ M ( x0 + 1) r +1 + (1 − x0 ) r +1               m                r
                                                                      m.                                       (25)

   Подставляя в квадратурную формулу (20) вместо вектора узлов и
весов [( xk = y k (k = − m,..., m), λ(kl ) = λ(kl ) (k = ±1,±2,...,± m)] единицу,
получим уравнение, из которого находится λ(00 ) = μ (00) . Подставляя
далее x , находим μ (01) и так далее до μ (0r − 2 ) . Остается проверить, что




                                                         61