设积分区间为[-1,1] ,取f(x)=1,x,x^2,x^3,x^4,x^5 时,分别用matlab编程实现利用梯形公式、中矩形公式、Simpson公式和Guass-Legendre公式(取 )计算在-1到1上f(x)积分 的结果,并与精确值进行比较(列表,保留5位有效数字).
时间: 2024-10-22 19:15:36 浏览: 60
在MATLAB中,我们可以使用内置函数`quad`来得到函数的精确积分,然后结合梯形公式(Trapezoidal rule)、中矩形公式(Midpoint rule)、辛普森法则(Simpson's rule),以及高斯-列维定理(Gauss-Legendre quadrature)来近似积分。以下是对应的MATLAB代码示例:
```matlab
% 函数f(x)
f = @(x) [ones(size(x)), x, x.^2, x.^3, x.^4, x.^5];
% 定义积分区间
a = -1;
b = 1;
% 准确积分值
exact_integral = quad(f, a, b);
% 精度设置
precision = 5;
% 使用各种积分公式计算近似值
% 梯形公式 (n=1)
trapezoid_rule_n1 = (b - a) * (f(a) + f(b)) / 2;
trapezoid_result = num2str(trapezoid_rule_n1, '%.5f');
% 中矩形公式 (n=1)
midpoint_rule_n1 = (b - a) * f(mean([a, b])); % 对于连续函数,n=1等同于原点法
midpoint_result = num2str(midpoint_rule_n1, '%.5f');
% 辛普森法则 (n=2)
simplified_simpson_rule = (b - a) / 6 * (f(a) + 4*f(mean([a:(2/b):b])) + f(b));
simpson_result = num2str(simplified_simpson_rule, '%.5f');
% 高斯-列维定理 (n=4, 采用MATLAB的内建函数,实际应用时应选择更高级别的节点数)
gauss_legendre_nodes = roots(@(x) legendre_poly(4, x)); % 获取4阶Legendre多项式根
gauss_weights = pchipnodes(gauss_legendre_nodes, [a, b]); % 计算权重
gauss_legendre_integral = sum(f(gauss_legendre_nodes) .* gauss_weights);
gl_result = num2str(gauss_legendre_integral, '%.5f');
% 输出结果并对比精确值
fprintf('精确积分值:%.5f\n', exact_integral);
fprintf('梯形公式(n=1):%-20s 结果:%s\n', 'Trapezoidal', trapezoid_result);
fprintf('中矩形公式(n=1):%-20s 结果:%s\n', 'Midpoint', midpoint_result);
fprintf('辛普森法则(n=2):%-20s 结果:%s\n', 'Simpson', simpson_result);
fprintf('高斯-列维定理(n=4):%-20s 结果:%s\n', 'Gauss-Legendre', gl_result);
```
注意:在这个例子中,我们假设`legendre_poly`是自定义的一个函数,用于生成给定阶数的Legendre多项式的系数。在实际操作中,你需要从外部引入这个函数,或者用MATLAB自带的`legendre`函数来生成。
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