المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
خطر حب الذات على الصلاة
2025-04-05
جناية الذاتية
2025-04-05
جناية الجهل
2025-04-05
العلاقة بين النفس والصحة الجسدية
2025-04-05
الرياضة التلقائية
2025-04-04
المعطى الصحي
2025-04-04


Legendre-Gauss Quadrature  
  
752   04:16 مساءً   date: 5-12-2021
Author : Abbott, P
Book or Source : "Tricks of the Trade: Legendre-Gauss Quadrature." Mathematica J. 9
Page and Part : ...


Read More
Date: 14-12-2021 1254
Date: 14-12-2021 1023
Date: 2-12-2021 1267

Legendre-Gauss Quadrature

Legendre-Gauss quadrature is a numerical integration method also called "the" Gaussian quadrature or Legendre quadrature. A Gaussian quadrature over the interval [-1,1] with weighting function W(x)=1. The abscissas for quadrature order n are given by the roots of the Legendre polynomials P_n(x), which occur symmetrically about 0. The weights are

w_i =

(1)

=

(2)

where A_n is the coefficient of x^n in P_n(x). For Legendre polynomials,

 A_n=((2n)!)/(2^n(n!)^2)

(3)

(Hildebrand 1956, p. 323), so

(A_(n+1))/(A_n) = ([2(n+1)]!)/(2^(n+1)[(n+1)!]^2)(2^n(n!)^2)/((2n)!)

(4)

= (2n+1)/(n+1).

(5)

Additionally,

gamma_n = int_(-1)^1[P_n(x)]^2dx

(6)

= 2/(2n+1)

(7)

(Hildebrand 1956, p. 324), so

w_i =

(8)

=

(9)

Using the recurrence relation

= -nxP_n(x)+nP_(n-1)(x)

(10)

= (n+1)xP_n(x)-(n+1)P_(n+1)(x)

(11)

(correcting Hildebrand 1956, p. 324) gives

w_i =

(12)

= (2(1-x_i^2))/((n+1)^2[P_(n+1)(x_i)]^2)

(13)

(Hildebrand 1956, p. 324).

The weights w_i satisfy

 sum_(i=1)^nw_i=2,

(14)

which follows from the identity

 sum_(nu=1)^n(1-x_nu^2)/((n+1)^2[P_(n+1)(x_nu)]^2)=1.

(15)

The error term is

 E=(2^(2n+1)(n!)^4)/((2n+1)[(2n)!]^3)f^((2n))(xi).

(16)

Beyer (1987) gives a table of abscissas and weights up to n=16, and Chandrasekhar (1960) up to n=8 for n even.

n x_i w_i
2 +/-0.57735 1.000000
3 0 0.888889
  +/-0.774597 0.555556
4 +/-0.339981 0.652145
  +/-0.861136 0.347855
5 0 0.568889
  +/-0.538469 0.478629
  +/-0.90618 0.236927

The exact abscissas are given in the table below.

n x_i w_i
2 +/-1/3sqrt(3) 1
3 0 8/9
  +/-1/5sqrt(15) 5/9
4 +/-1/(35)sqrt(525-70sqrt(30)) 1/(36)(18+sqrt(30))
  +/-1/(35)sqrt(525+70sqrt(30)) 1/(36)(18-sqrt(30))
5 0 (128)/(225)
  +/-1/(21)sqrt(245-14sqrt(70)) 1/(900)(322+13sqrt(70))
  +/-1/(21)sqrt(245+14sqrt(70)) 1/(900)(322-13sqrt(70))

The abscissas for order n quadrature are roots of the Legendre polynomial P_n(x), meaning they are algebraic numbers of degrees 1, 2, 2, 4, 4, 6, 6, 8, 8, 10, 10, 12, ..., which is equal to 2|_n/2_| for n>1 (OEIS A052928).

Similarly, the weights for order n quadrature can be expressed as the roots of polynomials of degree 1, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, ..., which is equal to |_n/2_| for n>1 (OEIS A008619). The triangle of polynomials whose roots determine the weights is

x-2

(17)

x-1

(18)

9x-5

(19)

216x^2-216x+49

(20)

45000x^2-32200x+5103

(21)

2025000x^3-2025000x^2+629325x-58564

(22)

142943535000x^3-113071253400x^2+27510743799x-1976763932

(23)

1707698764800000x^4-1707698764800000x^3+606530263046400x^2-88878097916608x+4373849390625

(24)


REFERENCES:

Abbott, P. "Tricks of the Trade: Legendre-Gauss Quadrature." Mathematica J. 9, 689-691, 2005.

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 462-463, 1987.

Chandrasekhar, S. Radiative Transfer. New York: Dover, pp. 56-62, 1960.

Hildebrand, F. B. Introduction to Numerical Analysis. New York: McGraw-Hill, pp. 323-325, 1956.

Sloane, N. J. A. Sequences A008619, A052928, and A112734 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.