Метод Гауса Базується на тому, шо вичислення площі підінтегральної функції може бути виконане з >Т, якщо положення вузлових точок вибирати виходячи з мінімуму відхилень між інтегралом і площею, обмеженою апроксимуючою залежністю. На відміну від попередніх методів тут визначаються не лише коефіцієнти апроксимуючої залежності, а також положення вузлових точок. Розглянемо формули Гауса для двох вузлових точок.При відповідному виборі цих точок формула Гауса дозволить одержати точний результат для многочленів до третього порядку; поліномна апроксимуюча залежність має чотири незалежних параметра (два коефіцієнти і два ) Нехай інтегрується на [-1;1] вибрано для зручності випадок, проте цим не обмежується загальність формул, поскільки для переходу від довільного інтегралу [a,b] до [-1;1] достатньо замінити змінні (1) Тоді (2) -змінна в діапазоні [-1;1] Для вузлових точок можна записати (3) -невідомі Ці величини визначають розмежування системи рівнянь, яка одержується підстановкою:
В праву і ліву частини (4) Система (4) розвязується аналітично, одержимо
Тепер формулу (1) можемо записати у вигляді (5) Це є формула Гаусса для двох вузлових точок Аналітично можна одержати для трьох вузлових точок (6) В залежності від числа вузлових точок диференційна степінь полінома, для якого формула дає точне значення інтегралу – найвища степінь полінома = 2n-1-число вузлових точок. Т додавання /Т- збільшить степінь полінома на 2 / Для довільного числа m вузлових точок формула Гауса має вигляд (7) -можна шукати аналітично(або числовим методом) з системи рівнянь Але можна знайти простіше: Виявляється –є коренями поліномів Лагранджа (8) З (6) можна заздалегідь знайти корені, тобто визначити вузлові точки з умови ,або Наприклад: для n=2
n=3
n=4
-треба визначати з системи (2) див. також Крашевич і визначається з (2) , або , Також можна протабулювати n=2
n=3
Формули Гауса доволі ефективні при визначенні інтеграла по небагатьох вузлових точках за умови, що функція добре апроксимується многочленом Значення вузлових точок і коефіцієнтів для n>4 приведені в: 1.Кроглов В.И. Шульчина А.Т. «Сравочная книга по численному интегрированию» М: Наука, 1966 стр. 158 2.Кронрод А.С. Узли и веса квадратурних формул М: Наука, 1969 Порівняня формул числового інтегрування Всяка формула числового інтегрування дозволяє одержати як правило наближене значення тому
R-похибка використовуваної формули інтегрування Від h(n), а також класу підінтегральних функцій Чим < h (>n) тим>T(<R) Похибку формули доцільно оцінювати використовуючи більш високу степінь підінтегральної функції,ніж та для якої вона дає точне значення інтегралу. Наприклад:для формул прямокутника і трапецій ця формула виду для формул Сімпсона і Гауса Визначимо R для інтегралу від вказаних функцій на [0;1] Формула прямокутників для вузлових точок всередині інтервалу дає
Формула трапецій (вузлові точки- границі інтегралів )-тобто дві Якщо три вузлові точки
Формула Сіипсона для трьох вузлових точок
Формула Гауса з двома вузловими точками
Порівняння R показує найвищу Т формули Гауса, незважаючи на те що використовуються тільки дві вузлові точки. При вичисленні інтегралу звичайно згори задається потрібна Т і в програмі передбачаються заходи для її забезпечення. Наприклад: розраховується значення інтеграла при різному числі вузлових точок або різних h (крок) тобто при зменшенні h поки два останні інтеграли відрізняються на величину більшу R Якщо підінтегральна функція має відносно простий вид, то вибір методу інтегрування не має принципового значення, поскільки необхідна Т може бути забезпечена збільшенням числа вузлових точок Якщо підінтегральна функція вимагає великого обсягу обчислень, то в тому випадку доцільно зразу використовувати метод Гауса, або Сімпсона Для таблично заданої функції метол Гауса не надається.