Развлечения

Численный интеграл онлайн: метод Симпсона и трапеций с таблицей узлов

Коротко

Интеграл здесь берут не аналитически, а «по точкам»: делим отрезок [a, b] на n частей и суммируем значения функции с весами. У трапеций веса ½, 1, …, 1, ½; у Симпсона чередуются 1, 4, 2, 4, …, 4, 1 — за счёт этого он точен для кубических функций и ошибается на порядок меньше. Калькулятор печатает таблицу узлов с вашими числами, обе площади и оценку погрешности сравнением шага h с h/2.

Инструмент

можно прямо так: x^2, sin(x)/x, e^(-x^2), sqrt(x), ln(x) — со скобками и «2x» вместо «2*x»

метод трапеций0,33594
метод Симпсона0,33333
погрешность Симпсона±0,00000
Таблица узлов: x, f(x), веса и вклады
ixᵢf(xᵢ)вес (Симпсон)вклад w·f
00,00000,000010,0000
10,12500,015640,0625
20,25000,062520,1250
30,37500,140640,5625
40,50000,250020,5000
50,62500,390641,5625
60,75000,562521,1250
70,87500,765643,0625
81,00001,000011,0000
  1. Шаг h = (b−a)/n = (1,−0,)/8 = 0,125
  2. Трапеции: T = h·(½f₀ + f₁ + … + fₙ₋₁ + ½fₙ) = 0,125·2,6875 = 0,335938
  3. Симпсон: S = h/3·(f₀ + 4f₁ + 2f₂ + … + 2fₙ₋₂ + 4fₙ₋₁ + fₙ) = 0,041667·8, = 0,333333
  4. Сравнение при шаге h и h/2: T(h/2)=0,333984, S(h/2)=0,333333
  5. Оценка погрешности мала: S(h) ≈ S(h/2), ответ устойчив.

Вечная лабораторная по вычмату

Отчёт по численным методам почти всегда требует один и тот же артефакт: расчётную таблицу i / xᵢ / f(xᵢ) / вес / вклад с итоговой суммой — и пару слов о сходимости при удвоении n. Здесь таблица не обёртка над ответом, а главный результат; кнопка «Скопировать решение» переносит её в отчёт вместе с обеими оценками интеграла.

Покрываемые вопросы

На этой странице также отвечаем на вопросы: «метод симпсона онлайн калькулятор», «метод трапеций онлайн», «численное интегрирование онлайн», «приближенное вычисление интеграла калькулятор», «формула симпсона пример решения», «вычислить интеграл методом трапеций», «погрешность метода симпсона».

Как считаем

Шаг h = (b−a)/n, узлы xᵢ = a + i·h. Трапеции: T = h·(½f₀ + f₁ + … + fₙ₋₁ + ½fₙ). Симпсон (n чётное): S = h/3·(f₀ + 4f₁ + 2f₂ + … + 4fₙ₋₁ + fₙ). Правило ⅜ работает при n, кратном 3. Погрешность оцениваем удвоением числа узлов: |S(h)−S(h/2)|/15 для Симпсона и |T(h)−T(h/2)|/3 для трапеций — это оценка Ричардсона.

Ограничения и допущения

  • Методы предполагают непрерывность f на [a, b]; оценки O(h²) и O(h⁴) справедливы для гладких функций — на изломах точность ниже.
  • Интеграл по табличным данным (без формулы) — другой сценарий; здесь нужен ввод f(x) выражением.
  • Несобственные интегралы (1/x в нуле) и резко колеблющиеся функции дадут бесконечность или «не число» — верный признак, что этот метод здесь бессилен.
Полная методика, шаги и источники

Частые вопросы

симпсон или трапеции что точнее
При равном числе узлов почти всегда Симпсон: O(h⁴) против O(h²), а для многочленов до третьей степени включительно ответ точный вообще. Трапеции выигрывают на табличных и «шершавых» данных, где производных как бы и нет.
как оценить погрешность без точного ответа
Стандартный приём — пересчитать с вдвое меньшим шагом: разность S(h) и S(h/2) говорит, сколько ещё может измениться ответ; Ричардсон предложил делить её на 15 для Симпсона и на 3 для трапеций. Здесь оба уровня считаются автоматически.
как записать f(x) = e в минус икс в квадрате
Так: e^(-x^2) или exp(-x^2). Скобки обязательны: запись e^-x^2 без них означает (e^(−x))² — степень правоассоциативна.

Ещё на сайте