1

x

هدف البحث

بحث في العناوين

بحث في اسماء الكتب

بحث في اسماء المؤلفين

اختر القسم

القرآن الكريم
الفقه واصوله
العقائد الاسلامية
سيرة الرسول وآله
علم الرجال والحديث
الأخلاق والأدعية
اللغة العربية وعلومها
الأدب العربي
الأسرة والمجتمع
التاريخ
الجغرافية
الادارة والاقتصاد
القانون
الزراعة
علم الفيزياء
علم الكيمياء
علم الأحياء
الرياضيات
الهندسة المدنية
الأعلام
اللغة الأنكليزية

موافق

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التحليل : التحليل العددي :

Gaussian Quadrature

المؤلف:  Abramowitz, M. and Stegun, I. A.

المصدر:  Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover

الجزء والصفحة:  ...

5-12-2021

711

Gaussian Quadrature

Seeks to obtain the best numerical estimate of an integral by picking optimal abscissas x_i at which to evaluate the function f(x). The fundamental theorem of Gaussian quadrature states that the optimal abscissas of the m-point Gaussian quadrature formulas are precisely the roots of the orthogonal polynomial for the same interval and weighting function. Gaussian quadrature is optimal because it fits all polynomials up to degree 2m-1 exactly. Slightly less optimal fits are obtained from Radau quadrature and Laguerre-Gauss quadrature.

W(x) interval x_i are roots of
1 (-1,1) P_n(x)
e^(-t) (0,infty) L_n(x)
e^(-t^2) (-infty,infty) H_n(x)
(1-t^2)^(-1/2) (-1,1) T_n(x)
(1-t^2)^(1/2) (-1,1) U_n(x)
x^(1/2) (0,1) x^(-1/2)P_(2n+1)(sqrt(x))
x^(-1/2) (0,1) P_(2n)(sqrt(x))

To determine the weights corresponding to the Gaussian abscissas x_i, compute a Lagrange interpolating polynomial for f(x) by letting

 pi(x)=product_(j=1)^m(x-x_j)

(1)

(where Chandrasekhar 1967 uses F instead of pi), so

(2)

Then fitting a Lagrange interpolating polynomial through the m points gives

(3)

for arbitrary points x. We are therefore looking for a set of points x_j and weights w_j such that for a weighting function W(x),

int_a^bphi(x)W(x)dx =

(4)

= sum_(j=1)^(m)w_jf(x_j),

(5)

with weight

(6)

The weights w_j are sometimes also called the Christoffel numbers (Chandrasekhar 1967). For orthogonal polynomials phi_j(x) with j=1, ..., n,

 phi_j(x)=A_jpi(x)

(7)

(Hildebrand 1956, p. 322), where A_n is the coefficient of x^n in phi_n(x), then

w_j =

(8)

=

(9)

where

 gamma_m=int[phi_m(x)]^2W(x)dx.

(10)

Using the relationship

 phi_(n+1)(x_i)=-(A_(n+1)A_(n-1))/(A_n^2)(gamma_n)/(gamma_(n-1))phi_(n-1)(x_i)

(11)

(Hildebrand 1956, p. 323) gives

(12)

(Note that Press et al. 1992 omit the factor A_n/A_(n-1).) In Gaussian quadrature, the weights are all positive. The error is given by

E_n = (f^((2n))(xi))/((2n)!)int_a^bW(x)[pi(x)]^2dx

(13)

= (gamma_n)/(A_n^2)(f^((2n))(xi))/((2n)!),

(14)

where a<xi<b (Hildebrand 1956, pp. 320-321).

Other curious identities are

(15)

and

sum_(k=0)^(n)([phi_k(x_j)]^2)/(gamma_k) =

(16)

= 1/(w_j)

(17)

(Hildebrand 1956, p. 323).

In the notation of Szegö (1975), let x_(1n)<...<x_(nn) be an ordered set of points in [a,b], and let lambda_(1n), ..., lambda_(nn) be a set of real numbers. If f(x) is an arbitrary function on the closed interval [a,b], write the Gaussian quadrature as

 Q_n(f)=sum_(nu=1)^nlambda_(nun)f(x_(nun)).

(18)

Here x_(nun) are the abscissas and lambda_(nun) are the Cotes numbers.


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 887-888, 1972.

Acton, F. S. Numerical Methods That Work, 2nd printing. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., p. 103, 1990.

Arfken, G. "Appendix 2: Gaussian Quadrature." Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 968-974, 1985.

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 461, 1987.

Chandrasekhar, S. An Introduction to the Study of Stellar Structure. New York: Dover, 1967.

Gauss, C. F. "Methodus nova integralium valores per approximationem inveniendi." Commentationes Societatis regiae scientarium Gottingensis recentiores 3, 39-76, 1814. Reprinted in Werke, Vol. 3. New York: George Olms, p. 163, 1981.

Golub, G. H. and Welsh, J. H. "Calculation of Gauss Quadrature Rules." Math. Comput. 23, 221-230, 1969.

Hildebrand, F. B. Introduction to Numerical Analysis. New York: McGraw-Hill, pp. 319-323, 1956.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Gaussian Quadratures and Orthogonal Polynomials." §4.5 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 140-155, 1992.

Stroud, A. H. and Secrest, D. Gaussian Quadrature Formulas. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1966.

Szegö, G. Orthogonal Polynomials, 4th ed. Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 37-48 and 340-349, 1975.

Whittaker, E. T. and Robinson, G. "Gauss's Formula of Numerical Integration." §80 in The Calculus of Observations: A Treatise on Numerical Mathematics, 4th ed. New York: Dover, pp. 152-163, 1967.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي