Quadrature
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Formula dei trapezi
Integrazione con la formula dei trapezi
Integrazione con la formula di Simpson
Metodo dei trapezi illustrato (richiede flash)
La
formula dei trapezi
nasce come formula per il calcolo approssimato di aree, ed è pertanto utile anche per il calcolo dell'integrale definito di una funzione in un intervallo, alla sola condizione di saper calcolare la funzione in tutto l'intervallo.
L'intervallo [a, b] viene diviso in n intervalli di ampiezza h, dove x
0
= a e x
n
= b La formula assume la forma:
Questa formula può facilmente tradursi in un algoritmo in un qualsiasi linguaggio di programmazione; si veda
la pagina PhP
.
Esempio
2 trapezi
4 trapezi
Vogliamo calcolare l'integrale:
∫
0
2
2.x - x^2 dx
Si tratta di una parabola con concavità verso il basso, zeri in (0;0) e (2;0), vertice in (1;1).
L'area è quella compresa tra la parabola e l'asse delle x (
segmento parabolico
).
Approssimazione con due trapezi
Proviamo come prima approssimazione
con due trapezi
(che in questo caso sono due triangoli!); in questo caso l'altezza
h
dei trapezi vale 1, le basi sono i valori della funzione 2x - x^2 per x=0 (f(0)=0), x=1 (f(1)=1), x=2 (f(2)=0). La formula diventa allora:
1*(f(0)/2 + f(1) + f(2)/2) = (0 + 1 + 0) = 1
che è l'area del triangolo inscitto nel segmento parabolico.
Approssimazione con 4 trapezi
Come seconda approssimazione proviamo
con 4 trapezi
; in questo caso l'altezza
h
dei trapezi vale 1/2 = 0,5, le basi sono i valori della funzione per x=0 (f(0)=0), x=1/2 (f(1/2)=1-1/4=3/4), x=1 (f(1)=1), x=3/2 (f(3/2)=3-9/4=3/4), x=2 (f(2)=0). La formula diventa allora:
1/2*(f(0)/2 + f(1/2) + f(1) + f(3/2) + f(2)/2) = (0 + 3/4 + 1 + 3/4 + 0) = 1/2*5/2 = 5/4 = 1,25
che è già un'approssimazione migliore dell'area sottesa (il valore corretto è 4/3 = 1,333 ...).