表データ用シンプソンの公式計算機

値の表で与えられた積分を、シンプソンの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、計算機はシンプソン(放物線)1/3則を用いて手順を示しながら積分の近似値を求めます。

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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、シンプソンの公式で積分 $$$\int\limits_{0}^{8} f{\left(x \right)}\, dx$$$ を近似せよ:

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

解答

シンプソンの1/3則は、放物線を用いて積分を近似する:$$$\int\limits_{a}^{b} f{\left(x \right)}\, dx\approx \sum_{i=1}^{\frac{n - 1}{2}} \frac{\Delta x_{i}}{3} \left(f{\left(x_{2i-1} \right)} + 4 f{\left(x_{2i} \right)} + f{\left(x_{2i+1} \right)}\right)$$$。ここで、$$$n$$$ は点の数、$$$\Delta x_{i}$$$ は第 $$$2 i - 1$$$ 小区間の長さである。

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

したがって、$$$\int\limits_{0}^{8} f{\left(x \right)}\, dx\approx \frac{2 - 0}{3} \left(-1 + \left(4\right)\cdot \left(5\right) + 0\right) + \frac{6 - 4}{3} \left(0 + \left(4\right)\cdot \left(2\right) + 7\right) = \frac{68}{3}$$$

解答

$$$\int\limits_{0}^{8} f{\left(x \right)}\, dx\approx \frac{68}{3}\approx 22.666666666666667$$$A


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