問 6-12(8/10) 応用 第6章 数値計算法の基礎

二点Gauss

テーマ:ガウス積分の計算

$\int_{-1}^{1}(x^2+1)\,dx$ を二点Gauss–Legendre求積(点 $x=\pm1/\sqrt3$、重み各1)で計算した結果はどれか。
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正解:2番

【代入】二つの求積点はいずれも $x^2=1/3$ なので、$f(x)=x^2+1=4/3$ です。各重みが1のため、和は $1\times4/3+1\times4/3=8/3$。肢2を選びます。 【積分との対応】$\int_{-1}^{1}(x^2+1)dx=[x^3/3+x]_{-1}^{1}=8/3$ で検算できます。二点Gaussの保証次数は3、関数は二次なので一致します。 【誤答の理由】4/3は一つの点での関数値で、両点の和ではありません。2は定数1だけを積分した値です。一般の区間へ変換する場合は、基準区間との長さの比に当たるヤコビ係数も重みに掛けます。本問は最初から区間が[-1,1]なので追加係数はありません。

二点Gaussの図解
図:二点Gauss(アプリ収録の図版)

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