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ニュートン・コーツの公式

ニュートン・コーツの公式(ニュートン・コーツのこうしき、)とは、等間隔の点における被積分関数の値に基づく数値積分法の総称である。名前はアイザック・ニュートンとロジャー・コーツに由来する。ニュートン・コーツの公式は、等間隔の点での被積分関数の値が与えられた場合に有用である。もし他の点での値も求められるならば、ガウス求積やなどの他の方法の方が適している場合もある。閉区間 上で定義される関数 の値が等間隔の点 について既知であると仮定する。ニュートン・コーツの公式には、全ての点を使う「閉じた」ものと、端点を使わない「開いた」ものの 2 種類がある。 次の閉じたニュートン・コーツの公式は次のようになる。重みは閉じた場合と同様である。ここで、 は の略記である。誤差項において、積分区間の長さ の次数は近似による誤差の程度を表している。また、 の導関数は、多項式は正確に積分できる(即ち、誤差が 0 になる)ことを表している。なお、 の導関数の階数は、1 つおきに 2 ずつ増加する。 は開区間 内の点である。ニュートン・コーツの公式の重みは線形方程式系の解として求めることができる。これは補間多項式の一意性より が 次以下の多項式の場合 となることに基づく。係数行列はファンデルモンド行列である。閉じたニュートン・コーツの公式の場合開いたニュートン・コーツの公式の場合ニュートン・コーツの公式は、任意の次数で構築できる。しかし大きな次数 においてはルンゲ現象により誤差が指数関数的に大きくなる。そのため、通常は大きな次数ではガウス求積やなどの非等分点法の方が、安定してより正確な値を求められる。もしそれらの方法が使えないならば、合成積分公式を使うことでルンゲ現象を避けることができる。ニュートン・コーツの公式の精度を良くするには、ステップ長 は小さくする必要がある。つまり、積分区間 自体が小さくなければならない。このため、積分区間 を小さな部分区間に分割し、各部分区間ごとにニュートン・コーツの公式を使い、その結果を足し合わせるという方法が使われる。これは合成積分公式と呼ばれる。

出典:wikipedia

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