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數值積分法
積分運算子有四個可用的數值積分法。計算過積分後,PTC Mathcad 會嘗試從以下清單選取最適當的方法:
「Romberg 演算法」:此方法適用於大多數被積函數,會在偶數個子區間上使用梯形近似,然後透過加總梯形面積來比較連續估計值。四個最近的估計值的差異少於內建變數 TOL 的值時,此方法會終止。由於「Romberg 演算法」積分法會將積分區間分割為四個子區間,並依序將點的數目加倍,對於週期是區間長度 1/2n 的週期函數,此方法可能傳回不正確的答案。為了避免此問題,將區間分割為兩個不等的子區間,並分別對各子區間進行積分。PTC Mathcad 會設定其在此程序中版序化的次數限制。如果常式未收斂即到達此限制,或是如果被積函數在積分區間的一個或兩個端點為奇異,則 PTC Mathcad 會切換為「單一端點」方法。
「調整型」:適用於在積分區間快速變更之函數的調整型求積法。
「無窮極限」:適合一或兩個極限為無窮的積分。進行積分的函數必須為實數。
「單一端點」:開放式的「Romberg 演算法」適合在一或兩個積分極限具有奇點或無限數的積分。使用子區間的中點可取得對積分的初步估計值,因此未在端點 ab 計算函數。估計值集中在積分區間的端點附近,其中奇異或具有無窮導數的被積函數可能會變化得最快。子區間的數量會在每個步驟成長為三倍。透過開放式「Romberg 演算法」的版序數有設定的限制。如果常式未傳回答案即到達此限制,此積分會標記錯誤,表示未收斂。
其他資訊
以數字形式計算積分時,PTC Mathcad 使用自適應積分法。您可變更 TOL、端點或被積函數以改善結果:
減少 TOL 可改善結果,但某些點會造成積分無法收歛。10-4 到 10-6 會是適當的工作值域。
將大值端點設定為無限並使用無限端點演算法,可能會得到較佳的解答。
有尖峰的積分,或形狀尚不具單一長度刻度特性的函數,都無法精確計算。您可以將積分分段,再分別對繪圖剩餘的尖峰進行積分,以取得更佳的結果。
PTC Mathcad 一般無法對積分區間有奇點的函數求解積分。有許多有限不連續性的函數,如階梯函數與鋸齒函數等等,也可能造成無法收歛的積分。若知道積分中單數所在位置,以這些點為極限將積分分割為數個積分的總和,通常可取得正確的數值計算。若要求解可能的奇點或中斷點,請繪製被積函數。
對不當積分套用適應積分法可能會導致數值結果不正確。適應積分演算法需要多項式在每個次區間部分近似函數,才可以使用高斯二次積分法。不符合被積分函數的連續性需求,會導致結果不正確或無法收斂。
這是否有幫助?