Применение полиномов Лежандра к приближенному вычислению кратных интегралов
Е. П. Калугина г. Ленинград
Аннотация:
В работе дается приближенная формула для вычисления интеграла
$$
I\equiv I(fg;[a,b;c,d])=\int_a^b\int_c^df(x,y)g(x,y)\,dxdy\eqno{(1)}
$$
в котором
$f(z,y)$ и
$g(x,y)$ удовлетворяют определенным условиям. Пусть
$\{X_p(u)\}_{p=0}^\infty$ — ортонормальная в
$[-1,1]$ система полиномов Лежандра и берутся интегралы
$$
I(\varphi x^ly^p;[\alpha,\beta;\gamma,\delta])=\int_\alpha^\beta\int_\gamma^\delta\varphi(x,y)x^ly^p\,dxdy\quad(\varphi=f\text{ и }g),
$$
где
$l,p\ge0$ — целые,
$0\le l\le r-1$,
$0\le p\le s-1$,
$a\le\alpha<\beta\le b$,
$c\le\gamma<\delta\le d$. Тогда полагаем
\begin{multline*}
I\approx\frac{4mn}{(b-a)(d-c)}\sum_{i=0}^{n-1}\sum_{j=0}^{m-1}\sum_{p=0}^{r-1}\sum_{q=0}^{s-1}\biggl\{\int_0^1\int_0^1g[\xi,c+\eta]\times
\\
\times X_p(2u-1)X_q(2v-1)\,dudv\int_0^1\int_0^1f[\xi,c+\eta]X_p(2u-1)X_q(2v-1)\,dudv\biggr\},\tag2
\end{multline*}
где
$\xi=a+(b-a)(l+u)/n$,
$\eta=c+(d-c)(j+v)/m$, а
$m$,
$n$,
$r$,
$s\ge1$ — целые числа, при этом
$r$,
$s$ совпадают с порядком частной производной от
$f(x,y)$ соответственно по
$x$ и по
$y$ (эти производные предполагаются кусочно непрерывными).
Устанавливается, что абсолютная погрешность формулы (2) не превосходит величины
$(A/n^r+B/m^s)\|g\|_{L_{[a,b;c,d]}}$, где
$A$ и
$B$ — постоянные (предполагается, что
$g\in L_{[a,b;c,d]}$).
Предлагаемый метод применим к интегралам любой кратности.
УДК:
517.392
Поступила: 08.10.1970