Wzór Eulera-Maclaurina: Różnice pomiędzy wersjami

[wersja nieprzejrzana][wersja nieprzejrzana]
Usunięta treść Dodana treść
Loveless (dyskusja | edycje)
m WP:SK, drobne techniczne
Linia 1:
W [[matematyka | matematyce]], '''wzór Eulera-Maclaurina''' daje silne połączenie między liczbami całkowitymi (zobacz [[rachunek różniczkowy i całkowy]]) a sumami. Może być użyty do przybliżania liczb całkowitych przez skończone sumy lub odwrotnie; do oszacowywania skończonych sum i nieskończonych serii liczbami całkowitymi i operacjami rachunku różniczkowego. Wzór został odkryty niezależnie przez [[Leonhard Euler | Leonharda Eulera]] i [[Colin Maclaurin | Colina Maclaurina]] około [[1735]]. Euler potrzebował go do obliczenia wolno zbiegających nieskończonych serii podczas gdy Maclaurin wykorzystał go do obliczania liczb całkowitych.
 
Jeśli ''n'' jest [[liczba naturalna |liczbą naturalną]] i ''f''(''x'') jest gładką (tzn. wystarczająco często [[funkcja różniczkowalna|różniczkowalną]]) [[Funkcja (matematyka)|funkcją]] zdefiniowaną dla wszystkich [[Liczby rzeczywiste|liczb rzeczywistych]] ''x'' pomiędzy 0 i ''n'', wtedy całka
 
: <math>I=\int\limits_0^n f(x)\,dx</math>
 
może być przybliżona przez sumę
 
: <math>
S=\frac{f\left( 0\right) }{2}+f\left( 1\right) +\cdots+f\left( n-1\right) +
\frac{f\left( n\right) }{2}
Linia 13:
 
Możemy użyć dwóch wyrażeń dla <math>S</math> :
: <math>S=-\frac{f\left( 0\right) +f\left( n\right) }{2}+\sum_{k=0}^{n}f\left(
k\right) </math>
lub
: <math>S=\frac{f\left( 0\right) +f\left( n\right) }{2}+\sum_{k=1}^{n-1}f\left(
k\right) </math>
(zobacz [[wzór trapezów]]). '''Wzór Eulera-Maclaurina pozwala wyrażać różnicę pomiędzy sumą a liczbą całkowitą w postaci wyższych pochodnych ''f''<sup>(''k'')</sup> w końcowych punktach przedziału 0 i ''n''. Dla każdej liczby naturalnej ''p'' mamy
 
: <math>S-I=\sum_{k=1}^p\frac{B_{2k}}{(2k)!}\left(f^{(2k-1)}(n)-f^{(2k-1)}(0)\right)+R</math>
 
gdzie ''B''<sub>2</sub> = 1/6, ''B''<sub>4</sub> = &minus;1/30, ''B''<sub>6</sub> = 1/42, ''B''<sub>8</sub> = &minus;1/30, … są [[liczby Bernoulliego|liczbami Bernoulliego]].
Linia 26:
''R'' jest wartością błędu, który zwykle jest mały jeśli ''p'' jest odpowiednio duże i może być oszacowany jako
 
: <math>\left|R\right|\leqleqslant\frac{2}{(2\pi)^{2p}}\int\limits_0^n\left|f^{(2p+1)}(x)\right|\,dx.</math>
 
Wykorzystując [[reguła zastępowania|regułę zastępowania]], można zaadaptować ww. wzór również dla funkcji ''f'' zdefiniowanych na innych [[przedział (matematyka)|przedziałach]] na osi rzeczywistej.
Jeśli ''f'' jest [[wielomian]]em oraz ''p'' jest wystarczająco duże, to wyraz reszty znika.
Np. jeśli ''f''(''x'') = ''x''<sup>3</sup>, możemy podstawić ''p'' = 2 by otrzymać (po uproszczeniu)
: <math>\sum_{i=0}^n i^3=\left(\frac{n(n+1)}{2}\right)^2.</math>
 
Dla funkcji ''f''(''x'') = log(''x''), formuła Eulera-Maclaurina może być użyta do wyliczenia precyzyjnego oszacowania błędu we [[wzór Stirlinga|wzorze Stirlinga]] przybliżającym wartość [[silnia|silni]].
 
== Linki zewnętrzne ==
* [http://numbers.computation.free.fr/Constants/Miscellaneous/bernoulli.html Bernoulli numbers, polynomials and applications of the Euler-Maclaurin formula]
 
*[http://numbers.computation.free.fr/Constants/Miscellaneous/bernoulli.html Bernoulli numbers, polynomials and applications of the Euler-Maclaurin formula]
 
[[Kategoria:Analiza matematyczna]]