thumb|関数 の、二次関数 による近似。 シンプソンの公式(シンプソンのこうしき、)とは、数値解析の分野における、数値積分の方法の一つである。定積分
の近似値を、関数 を二次関数で近似することによって得る。名前は、トーマス・シンプソンに因んでいる。次数2の閉じたニュートン・コーツの公式である。シンプソン則ともいう。
基本 シンプソンの公式は、 を二次関数 で近似することによって導かれる。ここで、 は の における値をそれぞれとるm は“中点”、すなわち 。 は、ラグランジュ補間によって、次の多項式( の二次式)になることが分かる。
この多項式を範囲 [a, b] で積分すると、次のシンプソンの公式が得られる。
シンプソンの公式による、積分の近似の誤差は、a と b の間にある によって、次式で見積もれる( の5次式)。
ただし、。さらに が2回微分可能で が凸関数であるとき、定積分は次の下限と上限とで抑えられる。
合成シンプソン公式 シンプソンの公式は、積分範囲 [a, b] が十分小さい場合であれば適当な近似であることが分かる。したがって、積分範囲が大きい場合は、積分範囲を小さな部分区間に分割し、各部分区間についてシンプソンの公式を適用し、その結果を足し合わせるという方法が考えられる。この方法は、合成シンプソン公式(composite Simpson's rule)として知られている。
ただし、n は [a, b] を等しく偶数個に分割した部分区間の個数、 は各部分区間の長さ、、特に、。この式は、次のようにも書ける。
合成シンプソン公式に基づく最大誤差は、次式で見積もることができる。
脚注
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参考文献
外部リンク