表データ用シンプソンの3/8公式計算機

値の表で与えられた定積分を、シンプソンの3/8公式を用いて手順を追って近似する

与えられた値の表に対して、この計算機はシンプソンの3/8公式を用いて積分の近似値を求め、手順も表示します。

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A
$$$x$$$
$$$f{\left(x \right)}$$$

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入力内容

下の表を用いて、シンプソンの3/8公式で積分 $$$\int\limits_{0}^{12} f{\left(x \right)}\, dx$$$ を近似せよ:

$$$x$$$$$$0$$$$$$2$$$$$$4$$$$$$6$$$$$$8$$$$$$10$$$$$$12$$$
$$$f{\left(x \right)}$$$$$$5$$$$$$-2$$$$$$1$$$$$$6$$$$$$7$$$$$$3$$$$$$4$$$

解答

シンプソンの3/8則は、三次多項式を用いて積分を近似する:$$$\int\limits_{a}^{b} f{\left(x \right)}\, dx\approx \sum_{i=1}^{\frac{n - 1}{3}} \frac{3 \Delta x_{i}}{8} \left(f{\left(x_{3i-2} \right)} + 3 f{\left(x_{3i-1} \right)} + 3 f{\left(x_{3i} \right)} + f{\left(x_{3i+1} \right)}\right)$$$。ここで、$$$n$$$ は点の数、$$$\Delta x_{i}$$$$$$3 i - 2$$$番目の部分区間の長さである。

$$$\int\limits_{0}^{12} f{\left(x \right)}\, dx\approx \frac{3 \left(2 - 0\right)}{8} \left(f{\left(0 \right)} + 3 f{\left(2 \right)} + 3 f{\left(4 \right)} + f{\left(6 \right)}\right) + \frac{3 \left(8 - 6\right)}{8} \left(f{\left(6 \right)} + 3 f{\left(8 \right)} + 3 f{\left(10 \right)} + f{\left(12 \right)}\right)$$$

したがって、$$$\int\limits_{0}^{12} f{\left(x \right)}\, dx\approx \frac{3 \left(2 - 0\right)}{8} \left(5 + \left(3\right)\cdot \left(-2\right) + \left(3\right)\cdot \left(1\right) + 6\right) + \frac{3 \left(8 - 6\right)}{8} \left(6 + \left(3\right)\cdot \left(7\right) + \left(3\right)\cdot \left(3\right) + 4\right) = 36$$$

解答

$$$\int\limits_{0}^{12} f{\left(x \right)}\, dx\approx 36$$$A