1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التحليل : التحليل العددي :

Legendre-Gauss Quadrature

المؤلف:  Abbott, P

المصدر:  "Tricks of the Trade: Legendre-Gauss Quadrature." Mathematica J. 9

الجزء والصفحة:  ...

5-12-2021

640

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."

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي