为使问题讨论更具一般性,这里考虑带权的定积分求积公式
???x?f?x?dx??Af?x? (5.11)
akkk?1bn
式中??x?是已知的非负函数,为区间[a,b]上的权函数,[a,b]可以取为?。 显然在式(5.11)中,若??x??1,就是前面讨论的求积公式。
119
定理5.2 求积公式(5.11)的代数精度最大为
2n?1。
证明 设x1,x2,?,xn是求积公式(5.11)的任意一组求积节点,用此节点构造插值型求积公式(5.11),并令
?n?x???x?x1??x?x2???x?xn?
取2n次多项式f?x???n2?x?代入公式(5.11), 考虑它的求积余项,有
R?f?????x??ab2n?x?dx??Ak??xk???a??x??n2?x?dx?0
2nk?1nb因为?n2?x?是2n次多项式,由代数精度定义得
???x?f?x?dx??Af?x?的代数精度不大于2n?1。
bakkk?1n
120
为证求积公式?a??x?f?x?dx??Akf?xk?的代数精
k?1bn度可以为2n?1,设f?x?是任意一个2n?1次多项式,用?n?x?去除f?x?,由多项式除法有
f?x??q?x??n?x??r?x?,f?xk??r?xk?,k?1,2,?,n
式中q?x?,r?x?都是次数不大于n?1的多项式,于是有
???x?f?x?dx????x?q?x???x?dx????x?r?x?dx(5.12)
aanabbb因为上面的求积公式(5.11)是具有n个节点的插值型求积公式,故其代数精度不小于n?1,从而有
???x?r?x?dx??Ar?x???Af?x?
akkkkk?1k?1bnn
121
要让式(5.11)成为等式,由式(5.12)应有
???x?q?x???x?dx?0 (5.13)
anb式(5.13)要求对固定的n次多项式?n?x?和任意次数不超过n?1的多项式q?x?都成立,这样可以用q?x?的这种任意性,选择求积节点x1,x2,?,xn。 由正交多项式理论可知:使式(5.13)成立的点 x1,x2,?,xn是存在唯一的,且都在?a,b?内,它就是在?a,b?关于权??x?的n次正交多项式的零点。
于是选取这些点作为求积公式的求积节点,并构造对应的插值型求积公式,就得到具有2n?1次迭代精度的求积公式了。
122