用复合梯形法递推算式计算积分y=(1-exp(-x)).^0.5/x 使误差不超过10-4(注意所给积分特点,在作出相应处理后再计算)。
时间: 2024-03-26 14:35:02 浏览: 97
好的,我了解了您的问题。首先,我们需要根据复合梯形法的公式来递推计算积分:
$I=\int_{a}^{b}f(x)dx\approx \frac{h}{2}\left[f(a)+2\sum_{i=1}^{n-1}f(a+ih)+f(b)\right]$
其中,$h=\frac{b-a}{n}$,$n$ 为区间被分成的小区间数目。
对于特定的积分 $y=(1-e^{-x})^{0.5}/x$,我们可以将其改写为:
$y=\frac{(1-e^{-x})^{0.5}}{x}=\frac{1}{x}\cdot \frac{(1-e^{-x})}{(1-e^{-x})^{0.5}}$
然后,我们可以对 $\frac{(1-e^{-x})}{(1-e^{-x})^{0.5}}$ 进行泰勒展开:
$\frac{(1-e^{-x})}{(1-e^{-x})^{0.5}}=2-\frac{x}{2}-\frac{x^2}{8}+\frac{x^3}{16}+O(x^4)$
将其代入原积分式,得到:
$y=\frac{1}{x}\cdot\left(2-\frac{x}{2}-\frac{x^2}{8}+\frac{x^3}{16}+O(x^4)\right)$
因此,我们可以使用复合梯形法递推计算积分,具体步骤如下:
1. 将积分区间 $[a,b]$ 分成 $n$ 个小区间,其中 $n$ 可以根据误差要求进行确定。
2. 根据公式计算每个小区间的积分值。
3. 将这些积分值相加,得到整个积分的近似值。
4. 计算误差,若误差满足要求,则输出近似值;否则,将 $n$ 增大后重新计算。
下面是 MATLAB 代码实现:
```
function [I, n] = composite_trapezoidal(f, a, b, tol)
% 复合梯形法计算积分,使误差不超过 tol
% 输入:f - 被积函数,a, b - 积分区间,tol - 允许误差
% 输出:I - 积分近似值,n - 划分的小区间数目
n = 1;
h = (b - a) / n;
I = h / 2 * (f(a) + f(b)); % 初始值
while true
% 计算每个小区间的积分值
for i = 1:n - 1
x = a + i * h;
I = I + h * f(x);
end
% 计算误差
I1 = I;
n = n * 2;
h = (b - a) / n;
I = h / 2 * (f(a) + f(b));
for i = 1:n - 1
x = a + i * h;
I = I + h * f(x);
end
err = abs(I - I1);
% 若误差小于 tol,则输出结果
if err < tol
break;
end
end
```
将 $f(x)$ 定义为 $\frac{1}{x}\cdot\left(2-\frac{x}{2}-\frac{x^2}{8}+\frac{x^3}{16}\right)$,然后调用 `composite_trapezoidal` 函数即可计算积分。
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