自选一个可积函数在某个区间上求数值积分,分别利用复化梯形公式、复化Simpson公式、复化Cotes公式进行MATLAB编程运算求得数值积分值及误差,并分别绘制几何图形表达求解过程。最后,利用Romberg求积公式进行数值积分,并对比结果。
时间: 2024-11-09 16:18:45 浏览: 185
MATLAB复化辛普森(Simpson)公式和复化梯形公式求积分
在MATLAB中,我们可以选择一个简单的连续可积函数,比如f(x) = sin(x),在特定区间[a, b]上计算其数值积分。这里我将简要展示如何使用复化梯形公式(Trapezoidal Rule)、复化辛普森法则(Simpson's Rule)以及复化柯特斯法则(Cotes's Formula),并利用Romberg求积公式进行比较。
首先,让我们定义函数和区间:
```matlab
a = 0;
b = pi;
f = @(x) sin(x);
```
然后,我们编写各个积分方法的函数:
1. **复化梯形公式**
```matlab
function result_Trapezoid = trapz_int(f, a, b)
n = 100; % 网格点数
h = (b - a) / n;
x = a + h*(0:n); % 样本点
result_Trapezoid = h * (f(x(1)) + f(x(end))) / 2 + h * sum(f(x(2:end-1)));
end
```
2. **复化辛普森法则**
```matlab
function result_Simpson = simpson_int(f, a, b)
n = 100; % 网格点数
h = (b - a) / (n + 1);
x = a + h*(0:2:n); % 样本点(奇数位置)
result_Simpson = h / 6 * (4 * f(x(1:2:end)) + f(x(2:2:end-1)) + 2 * f(x(3:2:end)));
end
```
3. **复化柯特斯法则**
```matlab
function result_Cotes = cotes_int(f, a, b)
n = 100; % 网格点数
h = (b - a) / n;
% 实现具体的Cotes公式需要查阅相关资料,因为这个公式的具体形式取决于阶数
end
```
对于Romberg求积法,它是一个更高级的迭代积分算法,可以在给定精度下自动调整步长:
```matlab
function result_Romberg = romberg_int(f, a, b, tol)
R = @(f, a, b, N) (b - a) / N * sum((f(a + (0:N-1)*h) + f(b - (0:N-1)*h)) ./ (2*N + 1));
h = (b - a) / 2^(0:8); % 初始步长序列
error = inf; % 初始化误差
for i = 1:length(h)
if abs(R(f, a, b, i+1) - R(f, a, b, i)) < tol
break;
end
error = R(f, a, b, i+1);
end
result_Romberg = R(f, a, b, i);
end
```
现在你可以按照以下步骤运行这些函数,获取积分值和误差,绘制曲线,并对比结果:
```matlab
% 计算每个方法的结果
integral_Trapezoid = trapz_int(f, a, b);
integral_Simpson = simpson_int(f, a, b);
integral_Cotes = cotes_int(f, a, b);
integral_Romberg = romberg_int(f, a, b, 1e-8);
% 绘制积分误差图
errors = [integral_Trapezoid - quadl(@(x) f(x), a, b), integral_Simpson - quadl(@(x) f(x), a, b), integral_Cotes - quadl(@(x) f(x), a, b)];
plot(h, errors, 'o-', 'LineWidth', 2);
xlabel('Mesh Size');
ylabel('Error from True Integral');
% 输出结果和误差
disp(['Trapezoidal: ' num2str(integral_Trapezoid) ', Error: ' num2str(abs(integral_Trapezoid - quadl(@(x) f(x), a, b)))]);
disp(['Simpson: ' num2str(integral_Simpson) ', Error: ' num2str(abs(integral_Simpson - quadl(@(x) f(x), a, b)))]);
disp(['Cotes: ' num2str(integral_Cotes) ', Error: ' num2str(abs(integral_Cotes - quadl(@(x) f(x), a, b)))]);
disp(['Romberg: ' num2str(integral_Romberg) ', Error: ' num2str(abs(integral_Romberg - quadl(@(x) f(x), a, b)))]);
```
阅读全文