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과학

중점 구적법

중점 구적법과학
영문명
Midpoint quadrature rule
한 구간 공식
(b-a)f((a+b)/2)
함수 평가 위치
각 소구간의 가운데
대표 대상
일변수 정적분의 근사
중점 구적법은 구간의 가운데에서 계산한 함숫값에 구간 길이를 곱해 적분을 근사하는 방법이다. 구간을 여러 조각으로 나누면 각 조각의 중점에서 얻은 직사각형 넓이를 더한다. 미분방정식의 중점 방법과는 다루는 문제가 다르다.

끝점 대신 가운데를 선택한다

한 구간에서는 함숫값 하나로 높이를 정한다. 적분할 함수가 음수인 부분에서는 직사각형의 기여도 음수가 되므로 단순한 양의 기하학적 넓이와 구분한다. 함수의 변화가 있으면 중점 높이가 구간 전체를 정확히 대표하지 못할 수 있다.

분할 수를 늘려 계산하기

f(x)=x²를 0부터 2까지 적분하자. 한 구간의 중점은 1이므로 근삿값은 2다. 두 구간으로 나누면 중점이 1/2과 3/2이고 근삿값은 1/4+9/4=5/2다. 네 구간에서는 21/8이 된다. 정확한 적분값은 8/3이다.

사다리꼴과 오차 방향을 비교하기

이 예제에서 한 구간 사다리꼴 값은 4로 실제 값보다 크고 중점 값 2는 작다. 두 근사 가운데 어느 쪽이 항상 더 큰지는 함수에 따라 달라진다. 예를 들어 함수에 -1을 곱하면 값과 오차의 부호도 함께 바뀐다.

심프슨 공식으로 결합하기

한 구간의 중점 근사를 M, 같은 구간의 사다리꼴 근사를 T라고 하면 (2M+T)/3은 심프슨 공식이다. 예제에서는 (2×2+4)/3=8/3을 얻는다. 이차 함수에서 정확히 맞았다는 사실을 모든 함수에 대한 무오차 보장으로 확장하면 안 된다.

관련 문서

중점 / 사다리꼴 공식 / 심프슨 공식 / 적응형 구적법 / 롬베르크 적분법 / 정적분 / 함수