المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
{افان مات او قتل انقلبتم على اعقابكم}
2024-11-24
العبرة من السابقين
2024-11-24
تدارك الذنوب
2024-11-24
الإصرار على الذنب
2024-11-24
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24

دائرة مكافئة equivalent circuit
2-2-2019
خصائص الطعن أمام محكمة القضاء الإداري
2024-01-25
الاحتياجات المائية للحنطة (القمح)
2024-03-28
العلاقات العامة في الأسواق الدولية
16-9-2016
المنطقة الاقتصادية الخالصة
6-4-2016
Rascal Triangle
10-1-2021

Gaussian Quadrature  
  
721   02:43 صباحاً   date: 5-12-2021
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...


Read More
Date: 5-12-2021 722
Date: 2-12-2021 696
Date: 8-12-2021 367

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.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.