# 14.2 积分的“规则”
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任何积分方案的目标是准确地估计给定宽度的每个区间中的区域![](https://img.kancloud.cn/b0/03/b003ca8502453b29e8096b2a52c3abdc_13x8.gif)。如果被积函数在该区间内基本上是常数,那么这样做是没有问题的,但如果不是,我们需要一个进行估算的计划。任何此类计划称为**规则**,用于数值积分。
**这是最简单的规则,从最不明智的规则开始。**
1.通过区间**最左侧**点处的被积函数值估算区间的高度。这被称为**左手规则**。
2.通过最**最右边**点的被积函数值估算区间的高度。这是**右手规则**。
3.通过**估计间隔的高度,即前两个的平均值。** 这被称为**梯形规则**。
4.通过**中间的被积函数的值估计区间的高度。** 这样做的缺点是你需要在间隔的中间而不是在结束时找到它。它有时被称为**中点规则**。
5.选择二次函数完全满足的前两个**的组合。这被称为 **Simpson 的规则**。**
**够了!还有更多规则吗?**
是的,你可以做得更好。
**好吗?这些规则的表现如何?**
好吧,前两个规则中的错误随着![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)线性下降。因此,如果将![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)除以 2,则误差也会减少![](https://img.kancloud.cn/c4/35/c435be78761dffb34ad7cefa6d6f1b3a_9x12.gif)。
接下来的两个误差在![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)中是二次的;这意味着当![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)降低![](https://img.kancloud.cn/c4/35/c435be78761dffb34ad7cefa6d6f1b3a_9x12.gif)因子时,它们会下降![](https://img.kancloud.cn/ba/da/bada0a5fcbb40c86de47bdd5952b2db1_9x13.gif)因子。
辛普森的规则在![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)中有一个四分之一的错误;当![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)降低![](https://img.kancloud.cn/c4/35/c435be78761dffb34ad7cefa6d6f1b3a_9x12.gif)因子时,它下降![](https://img.kancloud.cn/21/8d/218dd4d7973806d61b7b70260ec93fa1_17x13.gif)因子;如果你愿意,你可以通过![](https://img.kancloud.cn/e7/74/e77400e7078e252231beeeafdcf950af_18x13.gif)因子实现下降,甚至更多。
梯形规则使用每个间隔的高度作为每端的值的一半。这给出了![](https://img.kancloud.cn/be/37/be371df9b0ab9601756623c25a7a6a1a_9x37.gif)到积分端点的权重,![](https://img.kancloud.cn/6c/43/6c439cafc1ee0891e1afe20c5d20e62e_9x37.gif)到每个中间点,(![](https://img.kancloud.cn/be/37/be371df9b0ab9601756623c25a7a6a1a_9x37.gif)从它每一侧的间隔)。
辛普森一家规则相当于将奇数点的贡献加倍,然后使用![](https://img.kancloud.cn/e8/85/e885a0144704b308aa0f7222aa232822_9x12.gif)作为分母而不是![](https://img.kancloud.cn/c4/35/c435be78761dffb34ad7cefa6d6f1b3a_9x12.gif);所以第一个和最后一个点(最后一个必然是偶数)得到重量![](https://img.kancloud.cn/99/03/99036fd6d1dda9f61f7689c33d56aed6_9x37.gif),奇数得到重量![](https://img.kancloud.cn/ca/35/ca35f5b5b785215eb017636e10f3bfa1_9x37.gif)而其他偶数得到重量![](https://img.kancloud.cn/4b/28/4b28d135f6b6494f70d5bf0fa9633897_9x37.gif)。
**这些规则很难适用吗?**
不,前三个很容易,你可以通过第三个聪明的伎俩得到辛普森的。使用另一个类似的技巧,您可以获得超级 Simpson 规则,![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)每次降低![](https://img.kancloud.cn/8c/ed/8ced1296bc63e57ec09da0a0ab202292_10x38.gif)时,因子![](https://img.kancloud.cn/e7/74/e77400e7078e252231beeeafdcf950af_18x13.gif)误差下降。
**那么这种集成有多准确?**
对于大多数积分,在有限的时间间隔内,如果需要,您应该能够获得十位精度,这远远超过您遇到的任何问题。
**好的,你让我很好奇。为什么梯形规则比前两个更好?为什么辛普森的规则仍然更好?**
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- 第 0 章:为何学习微积分?
- 0.1 你应该知道什么
- 0.2 什么是微积分?我们为什么要研究它?
- 第 1 章:数字
- 1.1 什么是数字?有理数
- 1.2 小数和实数
- 1.3 复数
- 复数运算
- 1.4 可数集(消遣)
- 第 2 章:使用电子表格
- 2.1 什么是电子表格?
- 2.2 斐波纳契数
- 2.3 帕斯卡的三角形
- 2.4 与电子表格集成
- 第 3 章:线性函数
- 3.1 什么是函数?
- 3.2 线性函数
- 3.3 线性
- 第四章:函数的二次型和导数
- 4.1 更复杂的函数
- 4.2 二次函数的斜率
- 第 5 章:有理函数和导数的计算
- 5.1 有理函数的导数
- 第 6 章:指数函数,替换和链规则
- 6.1 最有用函数的导数
- 第 7 章:三角函数及其导数
- 7.1 二维数学
- 7.2 三角学和导数以及加法定理
- 第 8 章:反函数及其导函数
- 8.1 反函数
- 8.2 微分反函数
- 8.3 更多规则
- 第 9 章:数值微分和不可微函数
- 9.1 数值微分
- 9.2 绘制导数图
- 9.3 不可微函数
- 第 10 章:微分的回顾
- 10.1 复习
- 第 11 章:微分在求解方程中的应用
- 11.1 求解方程
- 第 12 章:反导数
- 12.1 反导数
- 第 13 章:曲线下面积;定积分
- 13.1 区域:定义,名称和符号
- 13.2 微积分和确定区域的基本定理
- 13.3 积分的诀窍
- 第 14 章:数值积分
- 14.1 数值积分计划
- 14.2 积分的“规则”
- 14.3 为什么这些规则有效?
- 第 15 章:平行数字的面积和体积;行列式
- 15.1 有符号面积和体积
- 15.2 表示平行边的图形
- 15.3 行列式的属性
- 15.4 求解行列式
- 15.5 用于求解电子表格中的行列式的爱丽丝梦游仙境方法
- 第 16 章一些纯数学
- 16.1 极限和点集拓扑简介
- 16.2 紧集
- 16.3 杂注
- 16.4 Lebesgue 积分
- 第 17 章:物理的建模应用
- 17.1 垂直运动建模
- 17.2 弹簧建模(谐波振荡器)
- 17.3 受迫振荡
- 17.4 简单电路
- 第 18 章捕食者猎物模型
- 18.1 捕食者猎物模型
- 第 19 章:求解微分方程
- 19.1 计划
- 19.2 一阶微分方程
- 19.3 二阶微分方程
- 19.4 行星运动