泊松积分值的计算方法及其应用
高数泊松方程
高数泊松方程全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:高等数学中的泊松方程是一个非常重要的概念,它在物理学、工程学等领域都有着广泛的应用。
泊松方程是一个偏微分方程,它描述了一个标量函数的拉普拉斯算子(拉普拉斯算子是二阶空间导数的和)等于一个给定函数的情况。
泊松方程在物理学中的应用特别广泛,比如在电磁学中描述电势分布、在热传导中描述温度分布等等。
我们来看一下泊松方程的数学表达式:设函数u(x,y,z)在空间区域D内有定义,记\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}、\frac{\partial^2 u}{\partial y^2} 、\frac{\partial^2 u}{\partial z^2} 分别为u对x、y、z的二阶偏导数,那么泊松方程可以表示为:其中f(x,y,z)是给定的函数。
可以看出,泊松方程是一个二阶偏微分方程,描述了一个标量函数的拉普拉斯算子等于一个给定函数的情况。
泊松方程在物理学中的应用非常广泛,其中最为著名的应用就是在电磁学中描述电势分布。
根据麦克斯韦方程组,电荷在空间中分布会产生电场,而电场又会引起电荷的移动,形成电流。
泊松方程可以描述电势分布,即描述电场的强度和方向。
通过求解泊松方程,我们可以得到电势分布的解析表达式,从而进一步推导出电场分布、电流分布等物理量。
另一个比较常见的应用就是在热传导中描述温度分布。
热传导是物体内部的热量传递过程,它遵循热传导方程。
如果我们知道物体表面的温度分布,可以通过泊松方程求解得到物体内部的温度分布。
这对于工程设计和热力分析非常重要,可以帮助我们优化散热结构,提高能效等。
除了电磁学和热传导,泊松方程还有很多其他的应用,比如在流体力学中描述流场的速度分布、在弹性力学中描述物体变形的表面位移等等。
泊松方程是一个非常重要且有着广泛应用的数学工具,它帮助我们理解和描述自然界中许多复杂的现象。
在实际应用中,泊松方程的求解并不是一件容易的事情。
泊松积分值的计算方法及其应用
泊松积分值的计算方法及其应用泊松积分是数学中的一种特殊函数,由法国数学家泊松(Siméon Denis Poisson)在19世纪初提出,用于描述电势分布或磁场分布等问题。
泊松积分的计算方法和应用十分广泛,下面我们来详细介绍一下。
一、泊松积分的定义泊松积分是一个二元函数,定义如下:$$P(x,y)=\frac{1}{\pi}\int_{-\infty}^{\infty}\frac{y}{(t-x)^2+y^2}dt$$其中,$x$和$y$是实数,$P(x,y)$是泊松积分的函数值。
二、泊松积分的计算方法1. 利用复变函数理论泊松积分可以通过复变函数理论来计算。
具体来说,可以将泊松积分转化为复变函数的积分形式,然后利用留数定理来计算积分值。
这种方法可以简化计算过程,但需要一定的复变函数理论基础。
2. 利用分部积分法另一种计算泊松积分的方法是利用分部积分法。
具体来说,可以将泊松积分中的分母拆分成两个因式,然后进行分部积分。
这种方法比较简单易懂,但计算过程较为繁琐。
三、泊松积分的应用1. 电势分布问题泊松积分可以用于描述电势分布问题。
具体来说,可以通过泊松方程来描述电势分布,然后利用泊松积分来求解电势分布的数值解。
这种方法在电磁学、电子学等领域中得到广泛应用。
2. 磁场分布问题泊松积分也可以用于描述磁场分布问题。
具体来说,可以通过安培定理来描述磁场分布,然后利用泊松积分来求解磁场分布的数值解。
这种方法在物理学、工程学等领域中得到广泛应用。
3. 概率论中的应用泊松积分在概率论中也有应用。
具体来说,泊松积分可以用于计算泊松分布的概率密度函数。
这种方法在统计学、金融学等领域中得到广泛应用。
总之,泊松积分是一种十分重要的特殊函数,具有广泛的应用价值。
通过合适的计算方法,可以计算出泊松积分的数值解,从而解决各种实际问题。
泊松方程的解法及应用
泊松方程的解法及应用泊松方程是关于无限大区域内的某个标量势函数的二阶偏微分方程。
它在物理学和工程学中广泛应用,例如在电场、热传导、流体力学和弹性力学等领域。
本文将介绍泊松方程的解法及其在实践中的应用。
一、泊松方程的定义与基本性质泊松方程是具有如下形式的偏微分方程:∇²u = -ρ其中u是标量势函数,ρ是源项,∇²是拉普拉斯算子。
这个方程可以通过库伦定律推导出电力学中的几乎所有问题,是许多物理学领域研究的基础。
泊松方程有一些基本性质。
首先,它是线性的,也就是说,如果两个不同的源项ρ₁和ρ₂产生的标量势函数分别是u₁和u₂,那么对于常数a和b,它们的线性组合a u₁ + b u₂是对应于线性组合aρ₁ + bρ₂的标量势函数。
其次,它是反演对称的,也就是说,如果标量势函数u满足泊松方程,那么-u也满足泊松方程。
二、泊松方程的解法在实际应用中,我们需要求解泊松方程,以便计算出场的分布。
泊松方程的解法通常可以分为两种:1. 分离变量法分离变量法是将u(x, y, z)表示为三个独立变量x, y, z的函数的积的形式,即u(x, y, z) = X(x) Y(y) Z(z),然后将泊松方程代入并对每个独立变量进行求导,最终得到连个常微分方程和一个初值问题,可由此得到标量势函数u的解析解。
2. 数值解法当求解泊松方程的解析解十分困难或不可能时,可以通过求解离散化的差分方程来得到数值解。
一般使用有限差分法、有限元法或谱方法,这些方法分别将无限大区域内的标量势函数划分为有限数量的子域,并在子域内使用数值技巧求解差分方程。
三、泊松方程在工程学中的应用泊松方程在物理学和工程学中的应用广泛,下面将介绍其中两个重要的应用:电势分布和热传导问题。
1. 电势分布在电场问题中,泊松方程描述了电场中的电势分布。
假设我们有一个电荷分布ρ(x, y, z),根据库伦定律,它产生了电场。
泊松方程可以帮助我们计算出哪些区域具有高电势、低电势以及电压梯度等性质。
计算poisson积分的四种方法
计算poisson积分的四种方法
1、凑微分法:把被积分式凑成某个函数的微分的积分方法。
2、换元法:包括整体换元,部分换元等等。
3、分部积分法:利用两个相加函数的微分公式,将所建议的分数转变为另外较为简
单的函数的分数。
4、有理函数积分法:有理函数是指由两个多项式函数的商所表示的函数,由多项式
的除法可知,假分式总能化为一个多项式与一个真分式之和。
分数公式法
直接利用积分公式求出不定积分。
换元积分法
换元积分法可分为第一类换元法与第二类换元法。
一、第一类换元法(即为兎微分法)
通过凑微分,最后依托于某个积分公式。
进而求得原不定积分。
二、备注:第二类换元法的转换式必须对称,并且在适当区间上就是单调的。
第二类换元法经常用于消去被积函数中的根式。
当被积函数是次数很高的二项式的时候,为了避免繁琐的展开式,有时也可以使用第二类换元法求解。
常用的换元手段有两种:
1、根式赋值法,
2、三角代换法。
在实际应用领域中,赋值法最常用的就是链式法则,而往往用此替代前面所说的换元。
链式法则就是一种最有效率的微分方法,自然也就是最有效率的分数方法。
分部积分法
分部积分法的实质就是:将所求分数化成两个分数之差,分数难者先分数,实际上就
是两次分数。
有理函数分为整式(即多项式)和分式(即两个多项式的商),分式分为真分式和假
分式,而假分式经过多项式除法可以转化成一个整式和一个真分式的和,可见问题转化为
计算真分式的积分。
可以证明,任何真分式总能水解为部分分式之和。
泊松积分值的计算方法及其应用
泊松积分值的计算方法及其应用王雯雯摘要在一般高等数学教材中对泊松积分的计算很少有涉及,而在实际问题中,例如在处理概率与统计问题及热传导等问题时都会用到泊松积分,但由于泊松积分的被积函数不是初等函数,因此,不能用牛顿-莱布尼兹公式来计算其积分值,本文介绍泊松积分的七种证明方法,最后给出泊松积分在数学分析、概率统计及其物理等方面的应用.关键词:泊松积分;方法;应用The Computing Methods And Applications 0f PoissonIntegralWang WenwenAbstractIn generally textbooks of Advanced Mathematics,the methods of solving Poisson integral was less mentioned. It encountered Poisson integral in practical problem usually,such as heat conduction problem or probability problem. It couldn't solve integral value with New-Leibniz formula,because the primitive function of integrand wasn't elementary function. This paper introduces seven methods of solving Poisson integral,and applications in mathematical analysis,physics and probability statistics.Key words: Poisson integral;methods;applications一.引言泊松积分作为一种重要的积分形式在人们对实际问题的计算中起着重要的作用,但是在一般高等数学教材中对泊松积分的计算很少有涉及,而在实际问题中,例如在处理概率与统计问题及热传导等问题时都会用到泊松积分,但由于泊松积分的被积函数不是初等函数,因此,不能用牛顿-莱布尼兹公式来计算其积分值.本文将从三方面对泊松积分作详细的研究.首先,判断泊松积分的收敛性,然后,求出泊松积分的值,求解该积分的方法有多种,本文将介绍求解泊松积分的七种不同解法,最后,列举泊松积分在概率论与数理统计、复变函数论及物理等方面的简单应用.二.判断泊松积分的收敛性要求反常积分错误!未找到引用源。
泊松公式及其应用
在理论力学教程中,研究转动参照系时介绍并运 用泊松公式。文献也讨论了泊松公式及其应用。朱建阳 认为,在理论力学教程中“如能适当提前介绍转动参照 系的初步知识,从而引出泊松公式,则速度、加速度在 极坐标、柱坐标、自然坐标、球坐标等曲线坐标中的正 交分量就能顺利解决。”本文利用单位矢量的模恒为 1, 计算单位矢量对时间的导数,运用两矢量的标量积、矢 量积公式推导出泊松公式,并系统讨论了泊松公式在速 度、加速度、坐标系和刚体运动描述中的应用。
202 中国设备工程 2018.02 ( 下 )
ω = dθ k 。 dt
2 径向速度和横向速度
在 点 的 运 动 的 描 述 中, 位 矢 可 以 表 示 成 位 矢 大
小 r 和 位 矢 方 向 单 位 矢 量 er 的 积, 即 r = rer 。 速 度
υ =
dr dt
=
dr dt
er
+ r der dt
Research and Exploration 研究与探索·探讨与创新
泊松公式及其应用
杨帆 (盐城工学院电气学院,江苏 盐城 224053)
摘要:运用两矢量的标量积、矢量积公式和导数计算法则证明了泊松公式,给出了泊松公式在速度、加速度、坐标系 和刚体运动描述中的应用。
关键词:泊松公式;速度;加速度;坐标系;刚体运动 中图分类号:O241 文献标识码:A 文章编号:1671-0711(2018)02(下)-0202-02
可以分解为 A 点的运动和 B 点相对于 A 点的运动的合 成。因此,描述刚体的运动是一个相对运动的问题。
de dt
=
−
dθ dt
sinθ i
+
dθ dt
cosθ
泊松积分公式总结
泊松积分公式总结泊松积分公式是数学中的一种重要积分公式,由法国数学家西蒙·丹尼·泊松(Siméon-Denis Poisson)提出,用于计算具有特定形式的积分。
泊松积分公式在物理学、工程学和应用数学等领域都有广泛的应用。
本文将对泊松积分公式进行总结和介绍。
泊松积分公式的表达式泊松积分公式的一般表达式如下:Poisson’s Integral FormulaPoisson’s Integral Formula其中,F(z)是一个解析函数,C是一个简单闭合曲线,z是曲线C内部的点。
公式中的积分表示曲线C内函数F(z)的平均值。
泊松积分公式是利用解析函数的性质,通过曲线内部的函数值来确定曲线外部的函数值。
泊松积分公式的推导过程泊松积分公式的推导过程比较复杂,这里只简要概括一下。
首先,根据复数函数的柯西-黎曼条件,可以将解析函数F(z)表示为F(z) = u(x,y) + iv(x,y),其中u(x,y)和v(x,y)分别表示F(z)的实部和虚部。
接着,对于解析函数F(z),可以应用柯西积分定理,将F(z)在闭合曲线C上的积分转化为C内部的积分。
利用柯西积分定理以及利用函数F(z)的连续性和可微性,对C内部的积分进行变形和计算,最终得到泊松积分公式的表达式。
泊松积分公式的应用物理学中的应用泊松积分公式在物理学中有广泛的应用,尤其是在电场和磁场的计算中。
对于一个有电荷分布的导体表面,如果我们需要计算在导体表面上某一点P的电势,可以使用泊松积分公式。
假设导体表面上的电势分布为V(x,y),那么通过在导体表面上取一个足够小的闭合曲线C,可以应用泊松积分公式计算曲线内部的电势平均值,从而得到曲线外部的电势分布。
这样就可以根据导体表面上的电势分布和曲线外部的电势分布来计算某一点P的电势。
工程学中的应用泊松积分公式在工程学中也有许多应用。
例如,在电磁场分析和热传导问题中,我们需要计算场变量在给定区域内的分布情况。
泊松方程基本积分公式
泊松方程基本积分公式泊松方程是数学中的一个重要方程,它描述了物理学中许多现象的数学模型。
泊松方程的基本积分公式是求解泊松方程的关键步骤之一。
在本文中,我们将介绍泊松方程的基本概念,并详细讨论其积分公式的推导和应用。
一、泊松方程的基本概念泊松方程是描述标量场的二阶偏微分方程,通常用于描述电势、温度、流体静压力等物理量的分布。
泊松方程可以表示为:∇²u = f其中,u是待求函数,f是给定的源项。
∇²是拉普拉斯算子,表示对u进行二阶空间导数的求和。
泊松方程是一个椭圆型偏微分方程,其解的性质和存在性都有着深刻的数学理论。
二、泊松方程的积分公式推导为了求解泊松方程,我们需要找到其对应的积分公式。
根据格林第二恒等式,我们可以得到泊松方程的积分公式:∫∫(∇²u)v dV = ∫∫u(∇²v) dV - ∮u(∇v)·dS其中,∫∫表示对整个空间的体积积分,∮表示对空间的边界进行曲面积分,(·)表示向量的点积。
三、泊松方程积分公式的应用泊松方程的积分公式在物理学和工程学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:1. 电势问题:在电场中,电势满足泊松方程。
通过求解泊松方程,可以确定电势在空间中的分布,从而计算电场和电势能的分布。
2. 热传导问题:在热传导中,温度满足泊松方程。
通过求解泊松方程,可以确定温度在空间中的分布,从而计算热流的传递和温度变化。
3. 流体静压力问题:在静止的流体中,流体静压力满足泊松方程。
通过求解泊松方程,可以确定流体静压力在空间中的分布,从而计算压力力场和流体静压力的变化。
四、总结泊松方程的基本积分公式是求解泊松方程的重要工具。
通过对泊松方程的积分公式进行推导和应用,我们可以求解各种物理学和工程学中的问题。
泊松方程的积分公式为我们理解和研究自然界中的各种现象提供了强大的数学工具。
同时,深入研究泊松方程的积分公式也为我们探索更广阔的数学和物理领域打下了坚实的基础。
泊松公式:描述在曲面上平均值的积分公式
泊松公式:描述在曲面上平均值的积分公式第一章:引言在数学中,曲面的平均值是一个重要的概念。
通过平均值,我们可以描述曲面上的各种性质,并进行计算和分析。
泊松公式就是一种用来计算曲面上平均值的积分公式。
在本文中,我们将介绍泊松公式的定义、推导方法和应用。
第二章:泊松公式的定义泊松公式是由法国数学家西莫恩·泊松于19世纪初提出的。
在曲面上,泊松公式将一个函数的平均值与该函数在曲面上的积分联系起来。
具体而言,设曲面S 的方程为F(x, y, z) = 0,函数f(x, y, z)在曲面上的平均值为M,曲面S的面积为A,则泊松公式可以表示为:M = 1/A ∬S f(x, y, z) dS其中∬S表示对曲面S进行面积积分,dS表示曲面S上的面积元素。
第三章:泊松公式的推导为了推导泊松公式,我们首先将曲面S分成无数个小面元,每个小面元的面积为dS。
然后,我们可以将函数f在每个小面元上的取值视为常数,即f(x, y, z) ≈c。
根据积分的定义,我们可以将曲面上的积分拆分为对每个小面元的积分,即:∬S f(x, y, z) dS = ∑c dS其中∑表示对所有小面元求和。
由于每个小面元的面积相等,我们可以将dS提取出来,并用曲面S的面积A代替每个小面元的面积,即:∑c dS = c ∑dS = cA因此,泊松公式可以改写为:M = 1/A ∬S f(x, y, z) dS ≈1/A cA = c也就是说,曲面上的平均值M近似等于函数f在曲面S上的任意一点的取值c。
第四章:泊松公式的应用泊松公式在数学和物理学中有广泛的应用。
其中一种重要的应用是计算曲面上的质心坐标。
设曲面S的方程为F(x, y, z) = 0,函数f(x, y, z)表示曲面S上的密度分布,则曲面S的质心坐标可以通过泊松公式计算得到:(xc, yc, zc) = (1/M) ∬S (xf(x, y, z), yf(x, y, z), zf(x, y, z)) dS其中M表示曲面S的质量。
高等数学中的泊松积分
高等数学中的泊松积分在高等数学中,泊松积分是一个非常重要的概念。
它是一个用于计算复杂积分的有力工具,可以帮助我们更好地解决一些数学问题。
在本文中,我们将详细讨论泊松积分的概念、应用、以及相关技巧,以帮助读者更好地理解和使用它。
一、泊松积分的概念泊松积分是一种通过对某个特定区域内的函数进行积分来得到该区域的性质的方法。
具体来说,泊松积分可以用来计算由一个通量线圈C所包围的区域S的面积,其中C是S的边界。
该积分的一般形式如下:∫∫S(u, v) dudv = ∮Cf(x, y) ds其中,u, v是S的自然参数,f(x, y)是一个函数,ds是在通量线圈C上的元素长度。
泊松积分可以看作是高等数学中积分的一种特殊形式。
它的主要作用是将一个曲面区域的性质转换为一个曲线积分。
具体来说,泊松积分可以用来求解曲线积分、算出区域的边界和面积、求解拉普拉斯方程等。
二、应用在物理领域,泊松积分经常被用来计算电势、电场以及磁场的分布。
在电学中,电势可以看作是电荷分布的一种表示方式。
通过计算电势,我们可以了解到某个区域内的电荷密度的分布情况。
而泊松积分正是一个帮助我们计算电势的有力工具。
在数学领域,泊松积分可以用来求解上述各种问题。
例如,在边界值问题中,泊松积分可以用来求解拉普拉斯方程。
拉普拉斯方程在物理学和工学中有许多应用,如求解热传导方程、电势方程和静力学方程等。
通过使用泊松积分,我们可以快速解决这些复杂的数学问题,从而更好地理解和应用它们。
三、相关技巧为了更好地理解和应用泊松积分,我们需要掌握一些相关的技巧和方法。
以下是一些重要的技巧,供参考:1. 将曲面坐标转换为直角坐标。
在有些情况下,我们需要使用直角坐标系来解决问题,而不是使用曲面坐标系。
因此,在应用泊松积分时,可以将曲面坐标进行适当的转换,以便更好地解决问题。
2. 使用对称性。
在某些情况下,通量线圈的形状和区域的性质是对称的。
这时,我们可以利用对称性来简化计算过程,从而更快地解决问题。
高等数学中的泊松积分初步
高等数学中的泊松积分初步在高等数学中,积分是一个非常重要的概念和工具。
在众多的积分方法中,泊松积分是一种常用的方法,也是非常实用的一种积分方法。
在本文中,我将对泊松积分的概念、性质和应用进行初步介绍。
1. 泊松积分的概念泊松积分是一种将极坐标系下的累次积分转化为已知函数的一种积分方法。
它的原理是用复变函数的分析方法推导出的一个公式,可以将极坐标下的累次积分转换为在实轴上的一个无穷级数的形式,从而求出积分的值。
泊松积分的公式如下:∫∫xy f(x,y)dxdy = (-1/4) ∫∫[ (x^2 - y^2 )f(x,y) ] dx dy + (1/2i) ∫C (x^2 + y^2 ) f(z) dz其中,C为包围极点的曲线,i为虚数单位。
这个公式的含义是将二重积分中的x和y用复变数z代替,再将z沿着C曲线进行积分。
通过这种方式,可以用复变函数的相关知识,将二重积分转换为了无穷级数的形式,进而求出积分的值。
2. 泊松积分的性质泊松积分具有一些非常重要的性质,这些性质常常在具体计算中被使用。
(1) 对称性:泊松积分具有对称性,即如果f(x,y)是一个偶函数,则有∫∫xy f(x,y)dxdy=0,如果f(x,y)是一个奇函数,则有∫∫xyf(x,y)dxdy=0。
(2) 积分区域对称性:对于轴对称的积分区域,泊松积分中第一项的值为0。
如果积分区域是关于x轴或y轴对称的,则有∫∫xyf(x,y)dxdy = (1/2i) ∮C (x^2 + y^2) f(z) dz,其中C是沿积分区的一个逆时针围道。
(3) 正负号性质:泊松积分中每一项的正负号与积分域的方向有关。
如果积分区域的方向是逆时针,则公式中第一项的系数为-1/4,反之若为顺时针则为1/4。
公式中的第二项系数同样具有相同的正负号性质。
3. 泊松积分的应用泊松积分是一个非常实用的计算积分的方法。
他可以被广泛地应用于各个领域,下面列举一些具体的应用:(1) 计算柱面坐标系下的二重积分用泊松积分来计算二重积分可以将一些封闭曲线上的积分转换成一些线积分,从而简化了计算。
泊松积分在概率论中的应用
泊松积分在概率论中的应用概率论和数理统计是一个高度发达的数学分支,它经常被用于描述和模拟现实中的现象,因此在科学实验和工程设计中有着重要的应用。
其中,泊松积分是一种基本的概率函数,它可以用来描述某个随机变量发生某种特定事件的概率。
该函数在概率论和数理统计中有着重要的应用,它可以用来估计特定事件的发生概率,以及分析和模拟现实中的现象。
首先,泊松积分可以用来估计某个事件的发生概率。
它可以用来表达某一过程中,变量的值在无限时间内的预期变化量。
它将随机变量的发生概率变成一个紧致的函数,用这一函数就可以预测一段时间内,某一用户发生特定事件的概率。
例如,假设一家金融公司对某个用户进行了一项投资,并且想要预测在一定时期内投资回报的概率。
这时,公司就可以用泊松积分来估计投资回报的可能性和概率。
其次,泊松积分可以用来分析和模拟现实中的现象。
它可以用来表示一定时间内,事件发生的次数以及每一次发生的频率。
这将帮助我们了解某种事件发生的概率分布,从而更好地预测未来特定事件发生的情况。
例如,在一个特定地区,某种招聘行业在一段时间内发生次数的概率分布。
这个概率分布可以通过泊松积分表达出来,它可以帮助我们了解在某段时间内,各种类型招聘行业的发生频率,以及未来招聘行业的发展情况。
最后,泊松积分也用于描述某种现象发生的关联规律。
它可以运用来描述某一事件影响到另一事件发生的概率,从而可以帮助我们更好地分析现实现象,并找到控制和优化的方法。
例如,对某一物流公司的货物运输,我们可以用泊松积分来分析某个关键部件在特定事件发生时,会对另一事件的发生概率产生怎样的影响。
总之,泊松积分可以用来估计某个随机变量发生某种特定事件的概率,用来分析和模拟现实中的现象,以及描述某种现象发生的关联规律,都是概率论和数理统计中有重要应用的一种数学函数。
因此,泊松积分在科学实验和工程设计中一定具有重要意义。
泊松分布累加公式
泊松分布累加公式泊松分布是一种概率分布,描述了在固定时间或空间单位内发生事件的次数的概率。
泊松分布累加公式用于计算在给定的时间或空间单位内,发生事件的次数小于或等于一些特定值的概率。
泊松分布的概率质量函数可以表示为:P(X=k)=(e^(-λ)*λ^k)/k!其中,X为发生事件的次数,k为特定的次数值,λ为平均发生次数。
为了计算在给定的时间或空间单位内,事件发生次数小于等于一些特定值的概率,我们需要使用泊松分布累加公式。
假设我们要计算X小于等于k的概率,可以表示为:P(X<=k)=P(X=0)+P(X=1)+...+P(X=k)那么泊松分布累加公式可以表示为:P(X<=k)=Σ[(e^(-λ)*λ^x)/x!](其中x从0到k)现在我们来证明泊松分布累加公式。
首先,考虑P(X=0),即在给定的时间或空间单位内事件发生次数为0的概率。
根据泊松分布的概率质量函数,我们可以得到:P(X=0)=(e^(-λ)*λ^0)/0!=e^(-λ)接下来,考虑P(X=1),即事件发生次数为1的概率。
P(X=1)=(e^(-λ)*λ^1)/1!=e^(-λ)*λ继续考虑P(X=2)、P(X=3)......P(X=k),可以发现它们的概率计算中都包含一个共同项e^(-λ),所以我们可以将它提取出来:P(X=2)=(e^(-λ)*λ^2)/2!=(e^(-λ)*λ^2*1)/(2*1)=(e^(-λ)*λ^2)/2P(X=3)=(e^(-λ)*λ^3)/3!依此类推,P(X=k)=(e^(-λ)*λ^k)/k!我们可以将其带入P(X<=k)的计算公式中:P(X<=k)=P(X=0)+P(X=1)+...+P(X=k)P(X<=k)=e^(-λ)+e^(-λ)*λ+e^(-λ)*λ^2/2+...+e^(-λ)*λ^k/k!根据独立事件的概率相加原理,P(X<=k)也可以写成:P(X<=k)=1-P(X>k)其中P(X>k)表示事件发生次数大于k的概率。
高斯赛德尔迭代法求解泊松方程
高斯赛德尔迭代法求解泊松方程
泊松方程是一个重要的偏微分方程,在物理学、工程学等领域都有广泛的应用。
求解泊松方程的方法有很多种,其中一种常见的方法是高斯赛德尔迭代法。
高斯赛德尔迭代法是一种迭代求解线性方程组的方法,通常用于求解稀疏矩阵。
在求解泊松方程时,可以将其离散化为一个线性方程组,然后使用高斯赛德尔迭代法进行求解。
具体来说,高斯赛德尔迭代法是通过将线性方程组的每个未知变量的值按照一定的次序逐一求解,直到所有未知变量的值都满足一定的精度要求为止。
在求解泊松方程时,可以将迭代公式表示为:
$u_{i,j}^{(k+1)}=frac{1}{4}(u_{i-1,j}^{(k)}+u_{i+1,j}^{(k+1 )}+u_{i,j-1}^{(k)}+u_{i,j+1}^{(k+1)}-h^2f_{i,j})$ 其中,$u_{i,j}^{(k)}$表示第$k$次迭代时$(i,j)$处的解,
$f_{i,j}$表示方程右端的函数值,$h$为离散化的步长。
高斯赛德尔迭代法求解泊松方程的主要优点是收敛速度快,而且对于相同的初始值,迭代过程的结果是唯一的。
但是,该方法的缺点是对于稀疏矩阵的处理相对麻烦,且对于某些情况下无法保证收敛。
因此,在具体应用中需要根据实际情况选择合适的求解方法。
- 1 -。
泊松分布积分
泊松分布积分
泊松分布积分是概率论中的一种重要分布,它描述了一个时间段内某一事件发生次数的概率分布。
在实际应用中,泊松分布积分被广泛应用于人口统计、物流运输、金融风险管理等领域。
泊松分布积分的公式为P(X=k)=((λ^k)*e^-λ)/k!,其中λ表示单位时间内该事件发生的平均
次数,k表示具体的发生次数。
该公式可以用于计算某一时间段内该事件发生k次的概率,从而帮助我们做出相应的决策。
例如,在人口统计中,我们可以使用泊松分布积分来计算某一地区在某一时间段内出生人数的概率分布,从而为政府制定出生计划提供参考。
在物流运输中,我们可以使用泊松分布积分来计算某一仓库在某一时间段内出现货物短缺的概率,从而为仓库管理者提供相应的预警措施。
在金融风险管理中,我们可以使用泊松分布积分来计算某一投资组合在某一时间段内出现亏损的概率,从而为投资者提供相应的风险控制策略。
泊松分布积分是概率论中一种重要的分布,它在实际应用中具有广泛的应用价值。
泊松积分推导
泊松积分推导
泊松积分推导是一种数学计算方法,其应用范围非常广泛。
首先,我们要明确泊松积分推导的基本概念和公式,它们是:
1.泊松积分公式:
设u(x)为正则函数,f(x)是定义在黎曼面上的任意函数,则有
∬∂D f(z)u(x)-u(z)f(x) dxdy =2πi[∑f(zj)R[z,zj]-
u(zj)P[z,zj]]
其中,D为黎曼面上的区域,∂D为区域边界,zj为边界上的点,
R[z,zj]和P[z,zj]分别为u(x)-u(zj)和1/(x-zj)的实部。
2.泊松积分的解析表达式:
设u(x)为正则函数,则有
u(x)=∫∂D[2πf(z)Im{(z-x)^(-1)}]ds(z)
其中,D为黎曼面上的区域,∂D为区域边界,f(z)是定义在黎曼
面上的任意函数,ds(z)为边界上的微元线段长度。
通过以上的公式和表达式,我们可以将泊松积分推导的过程简单
概括为以下几个步骤:
1.选定黎曼面上的某个区域D和它的边界∂D;
2.将u(x)表示为积分形式,并用边界上的函数f(z)和微元线段长度ds(z)来表示;
3.将积分式中的Im{(z-x)^(-1)}展开,并将实部提出来;
4.将积分式中的实部与f(z)的积分相乘,并对边界上的点进行求和得到泊松积分公式。
通过这种推导方法,我们可以简单地解决复杂的数学问题,为实际应用和学术研究提供便利。
泊松方程基本积分公式
泊松方程基本积分公式泊松方程是数学中的一个重要方程,描述了二维或三维空间中的梯度场。
在物理学和工程学中,泊松方程的应用非常广泛,涉及到电场、热传导、流体力学等领域。
本文将介绍泊松方程的基本积分公式及其在实际问题中的应用。
泊松方程的基本形式为:∇²φ = f其中,φ是待求解的标量场,f是已知的源项,∇²是拉普拉斯算子。
为了求解这个方程,通常需要给出适当的边界条件。
在一些特殊情况下,泊松方程可以通过分离变量法求解,但在实际问题中,通常需要使用数值方法进行求解。
对于二维情况下的泊松方程,可以利用格林公式将其转化为边界积分的形式。
格林公式是一个重要的数学定理,用于将曲面积分转化为区域的边界积分。
格林公式的基本形式为:∬(∂u/∂x - ∂v/∂y)dxdy = ∮(udx + vdy)其中,u和v是实数域上的可微函数,∂u/∂x和∂v/∂y是它们的偏导数,∮表示曲线C的环绕一周的积分。
利用格林公式,我们可以将二维泊松方程转化为边界积分的形式:φ(x,y) = ∮(G(x,y;x',y')f(x',y')dy')其中,G(x,y;x',y')是泊松方程的基本格林函数,表示在点(x',y')处的点源对于点(x,y)处的势场贡献。
通过求解边界上的积分,我们可以得到泊松方程的解。
在实际问题中,泊松方程的解决方案往往不止一个,因为在求解过程中需要给出适当的边界条件。
例如,在电场问题中,边界条件可以是电势在导体表面上的给定值。
根据边界条件的不同,我们可以得到不同的解。
泊松方程的基本积分公式在实际问题中有着广泛的应用。
例如,在电场问题中,可以利用泊松方程求解电势分布。
在热传导问题中,可以利用泊松方程求解温度分布。
在流体力学中,可以利用泊松方程求解流场的速度分布。
这些应用都需要使用泊松方程的基本积分公式进行求解。
总结起来,泊松方程的基本积分公式是求解泊松方程的重要工具。
常用泊松积分公式结论
常用泊松积分公式结论
泊松积分公式是微积分中的一个重要公式,它可以用来求解一些特定的积分问题。
常用泊松积分公式结论包括:
1. 对于任意实数a和b,有以下泊松积分公式:
∫(a,b) e^(-x^2)dx = (1/2)√π[erf(b) - erf(a)]
其中,erf(x)表示误差函数,它的定义为:
erf(x) = (2/√π)∫(0,x) e^(-t^2)dt
这个公式可以用来求解一些高斯分布相关的积分问题。
2. 对于任意实数a和b,有以下泊松积分公式:
∫(a,b) x^k e^(-x^2)dx = (1/2)√π[(2k-1)!!/2^k]∫(0,t) e^(-t^2)dt
其中,k为非负整数,(2k-1)!!表示奇数的阶乘,即(2k-1)!! = (2k-1)(2k-3)...3*1。
这个公式可以用来求解一些带有幂函数的高斯分布相关的积分问题。
3. 对于任意实数a和b,有以下泊松积分公式:
∫(a,b) x^m e^(ax)dx = (m!/a^(m+1))∫(a,b) (x-a)^m e^(ax)dx
其中,m为非负整数。
这个公式可以用来求解一些带有指数函数的积分问题。
以上是常用的三个泊松积分公式结论,它们在微积分中有着广泛的应用。
在实际问题中,我们可以根据具体的情况选择合适的公式来求解积分问题,从而得到更加精确的结果。
三维齐次波动方程的泊松公式
我们要找的是三维齐次波动方程的泊松公式。
首先,我们需要了解什么是三维齐次波动方程和泊松公式。
三维齐次波动方程是一个描述波动现象的偏微分方程。
泊松公式是用来求解某些偏微分方程的公式,特别是与泊松方程有关的方程。
假设我们有一个三维的函数 f(x, y, z),并且我们想要找到它在某个点 (x0, y0, z0) 的值。
我们可以使用三维的泊松公式来找到这个值。
泊松公式如下:
∫∫(D) 1/r dxdydz = -πf(x0, y0, z0)
其中 D 是以 (x0, y0, z0) 为中心的球域,r 是点到域中心的距离。
这个公式告诉我们,一个函数在一个点上的值可以通过计算该点在单位球内的平均值得到。
因此,三维齐次波动方程的泊松公式为:
∫∫(D) 1/r dxdydz = -πu(x0, y0, z0)
其中 D 是以 (x0, y0, z0) 为中心的球域,r 是点到域中心的距离,u 是三维齐次波动方程的解。
这个公式可以帮助我们找到三维齐次波动方程在某个点上的解的值。
泊松积分推导
泊松积分推导
泊松积分是一种常见的数学工具,它在物理学、工程学、统计学等领域中都有广泛的应用。
本文将从泊松积分的定义、性质和应用三个方面来介绍泊松积分。
泊松积分的定义是:对于一个连续可微的函数f(x,y),在一个有界区域D内,泊松积分的值为:
∬D f(x,y) dxdy = ∫∫D f(x,y) dxdy
其中,D是一个有界区域,f(x,y)是在D内连续可微的函数,dxdy 表示对x和y的积分。
泊松积分有一些重要的性质。
首先,泊松积分是线性的,即对于任意的常数a和b,有:
∬D (af(x,y) + bf(x,y)) dxdy = a∬D f(x,y) dxdy + b∬D f(x,y) dxdy
泊松积分具有可加性,即对于两个不相交的区域D1和D2,有:∬D1∪D2 f(x,y) dxdy = ∬D1 f(x,y) dxdy + ∬D2 f(x,y) dxdy
泊松积分还有一些重要的应用。
例如,在物理学中,泊松积分可以用来求解电场和磁场的分布。
在工程学中,泊松积分可以用来求解流体力学问题和热传导问题。
在统计学中,泊松积分可以用来求解概率密度函数和累积分布函数。
泊松积分是一种重要的数学工具,它具有线性性、可加性和广泛的应用。
在实际应用中,我们可以根据具体问题选择合适的泊松积分方法,以求得更加准确的结果。
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泊松积分值的计算方法及其应用王雯雯摘要在一般高等数学教材中对泊松积分的计算很少有涉及,而在实际问题中,例如在处理概率与统计问题及热传导等问题时都会用到泊松积分,但由于泊松积分的被积函数不是初等函数,因此,不能用牛顿-莱布尼兹公式来计算其积分值,本文介绍泊松积分的七种证明方法,最后给出泊松积分在数学分析、概率统计及其物理等方面的应用.关键词:泊松积分;方法;应用The Computing Methods And Applications 0f PoissonIntegralWang WenwenAbstractIn generally textbooks of Advanced Mathematics,the methods of solving Poisson integral was less mentioned. It encountered Poisson integral in practical problem usually,such as heat conduction problem or probability problem. It couldn't solve integral value with New-Leibniz formula,because the primitive function of integrand wasn't elementary function. This paper introduces seven methods of solving Poisson integral,and applications in mathematical analysis,physics and probability statistics.Key words: Poisson integral;methods;applications一.引言泊松积分作为一种重要的积分形式在人们对实际问题的计算中起着重要的作用,但是在一般高等数学教材中对泊松积分的计算很少有涉及,而在实际问题中,例如在处理概率与统计问题及热传导等问题时都会用到泊松积分,但由于泊松积分的被积函数不是初等函数,因此,不能用牛顿-莱布尼兹公式来计算其积分值.本文将从三方面对泊松积分作详细的研究.首先,判断泊松积分的收敛性,然后,求出泊松积分的值,求解该积分的方法有多种,本文将介绍求解泊松积分的七种不同解法,最后,列举泊松积分在概率论与数理统计、复变函数论及物理等方面的简单应用.二.判断泊松积分的收敛性要求反常积分错误!未找到引用源。
的值,首先要判断该反常积分的收敛性,这是十分必要的,下面判断其收敛性.令I =dx x e⎰+∞-02错误!未找到引用源。
,则=I dx x e⎰-12+dx x e⎰+∞-12错误!未找到引用源。
令I 1=错误!未找到引用源。
dx x e⎰-102,I2=dx x e⎰+∞-12错误!未找到引用源。
对于I 1:因为错误!未找到引用源。
在(]1,0上连续,所以e x -2错误!未找到引用源。
在(]1,0上可积,即I 1错误!未找到引用源。
在(]1,0上收敛. 对于I 2错误!未找到引用源。
:因为在()+∞,1上恒有02≥-ex ,且0lim22=-+∞→e xx x则由Cauchy 判别法知,I 2错误!未找到引用源。
在()+∞,1上收敛. 综上,I 在()+∞,1上收敛.即dx x e⎰+∞-02为一确定的值.三.求解泊松积分值的几种方法我们已经知道反常积分dx x e⎰+∞-02错误!未找到引用源。
的值是存在的了,那么如何求出它的值呢?下面来介绍求其值的七种方法. (一).利用欧拉积分求解因为欧拉积分有良好的性质,所以可用其来求一些相关的积分,往往会起到事半功倍的效果.记错误!未找到引用源。
()dt tex t10-+∞-⋅⎰, 则 ()11=Γ .由余元公式知,错误!未找到引用源。
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(二).通过构造新的反常积分间接求得令J =dx x e⎰+∞-02错误!未找到引用源。
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- ()δI 错误!未找到引用源。
= dx x J Ae⎰--δ22令 错误!未找到引用源。
,+∞→A 则有2π=2J 2 则2π=J构造法是数学分析中常用的一种方法,当直接求积分不好求时,便可通过构造一种特殊的积分,间接地得出所求积分.例如求反常积分错误!未找到引用源。
时便可通过构造反常积分dy yy exy⎰+∞-⋅0sin 间接求得. (三).利用多重积分计算间接求得解:利用极坐标变换θcos r x =,θsin r y = 就变换为D = 错误!未找到引用源。
.因此利用变量替换法得dxdy R y x e⎰⎰⎪⎭⎫⎝⎛+-222错误!未找到引用源。
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=()⎰∞+∞--dx ex 22则dx x e ⎰+∞∞--2=π又因为e x -2错误!未找到引用源。
为偶函数,则dx x e⎰+∞-02错误!未找到引用源。
= 错误!未找到引用源。
dx x e⎰+∞∞--2=2π 该种方法主要利用的是累次积分法和变量替换法,但值得注意的是一个反常二重积分化为累次积分后,其累次积分必须是收敛与绝对收敛的,累次积分法才可以继续利用下去.(四).利用Wallis 公式证明 因为e x -2=+∞→n lim⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-n x n21,所以dx x e⎰+∞-02=dx n x nn ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎰-∞++∞→2lim 10取 ()x u 1()x 211+-=,()=x u n ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-n x n21 ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+---1121n x n () ,3,2=n ,则()x n nu ex ∑∞==-12不难验证,可变换其和与运算的次序,得dx x e⎰+∞-02=+∞→n lim ⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∞21n x ndx作变换 t n x =, 得⎰⎪⎪⎭⎫⎝⎛++∞21n x ndx=n()⎰++∞21t ndt,对于β函数,()q p B ,= ()dz z zqp q ⎰+∞++-011,令 21=q ,212-=n p ,z =t 2,则dz =tdt 2 所以,⎪⎭⎫ ⎝⎛-21,212n B =()dt tt t n⎰++∞0221=2()⎰++∞21t ndt,而()⎰++∞021t ndt=21⎪⎭⎫ ⎝⎛-21,212n B=21()nn Γ⎪⎭⎫ ⎝⎛Γ⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-Γ2121=()()2!!22!!32π⋅--n n所以,⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∞21n x ndx=n()()2!!22!!32π⋅--n n ,又由于n()()!!22!!32--n n =12+n ()()!!2!!12n n -()12122--⋅n n nn又根据Wallis 公式: 2π=∞→n lim⋅+121n ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-!!12!!22n n 即+∞→n limn()()!!22!!32--n n =+∞→n lim12+n ()()!!2!!12n n -()12122--⋅n n nn=ππ12⋅=π1所以+∞→n lim⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∞21n x ndx=π12π⋅=2π, 故dx x e ⎰+∞-02=2π (五).利用数理方程的解证明由一个热传导方程引出对泊松积分的求解.已知一根无限长细杆,其初始温度为()(),0,x f x u =则细杆上的温度分布()t x u ,满 足下述热传导方程:()()()(){ta t x u t t x u u f x u 222,,0,∂=∂∂=∂可以证明,此问题的傅立叶解为()()()ξξξπd a x f ta t x u et 22421,-=-∞+∞-⎰假设细杆上的初始温度为()()10,==x f x u ,则()()ξξπd a x t at x u e t 22421,-=-∞+∞-⎰=()()ξξξπd a x f t aet 2241--∞+⎰取0=x ,21=a ,1=t ,则 ()ξξπd t x u oe ⎰+∞-=22,于是,122=-⎰+∞ξξπd oe, 即错误!未找到引用源。
dx x e ⎰+∞-02=2π (六).用MATLAB 软件求解MATLAB 是常见的通用数学软件之一,它具有多种数据结构和丰富的数学函数,应用领域广泛.在进行数值计算时方便简洁,下面就用MATLAB 求解泊松积分.解:>> syms x>> int(exp(-x.^2),0,inf) ans =1/2*pi^(1/2) 即dx x e ⎰+∞-02= 2π (七).通过数值逼近近似求解当被积函数的原函数不是初等函数时,往往不能用牛顿-莱布尼兹公式计算其积分值,而随着计算机的日益发展,我们可以利用计算机程序近似求解,精度越高,越与精确值接近.反常积分dx x e ⎰+∞-02错误!未找到引用源。
还可通过计算机近似求解,即编制一个通用的Gauss-Laguerre(高斯-拉盖尔)求积公式程序,在计算机上实际计算反常积分dx x e⎰+∞-02错误!未找到引用源。
的近似值.1.主要使用到原理:Gauss-Laguerre 求积公式是Gauss 求积公式的一种建立在无穷区间上的特殊求积公式.它利用了Laguerre 多项式:即在[0,)-∞上关于权函数为()xx e ρ-=的正交多项式()()n n x xn nd xe L x e dx-= (1) 故在求积分时,我们主要使用的求积公式为:1()()nxk k k e f x dx A f x ∞-=≈∑⎰(2)其中,k x (k=1,…,n )是()n L x 的n 个零点,求积系数2'2(!)[()]k n k kn A L x x = ()n k ,,2,1 = (3) 2.实际求解: 由题可知2()x xf x e-+= (4)首先考虑Laguerre 多项式的n 个零点,由于不好使用函数公式(1)直接求出,所以可以利用图像,找出n 个近似点,并利用其作为初值带入方程(1),分别求得其根的精确解,再带入公式(3)(4)分别求出每个分点的k A 系数的值与()k f x 的函数值,并将其相乘得到n 个数.最后,将这n 个数相加,就可得出()dx x f e x ⎰+∞-0的近似值.程序求解:%--------------------计算得出各阶数的Laguerre 多项式的公式 >>syms x %设未知变量>> n=[2,4,6,8];%n 为多项式阶数 >>for i=1:length(n)L(i,1)=exp(x)*diff(x^(n(i))*exp(-x),n(i));%计算得出各阶数的Laguerre 多项式的公式 end%各阶数的Laguerre 多项式的公式表达式 >>L=simple(L)%公式化简%----------------计算得出各阶数的()()A x f x 多项式的公式 >>for j=1:length(n) s(j)=1; for i=1:n(j) s(j)=s(j)*i;end;end>>for j=1:length(n)q(j)=diff(L(j),1);%Laguerre多项式求一阶倒A(j,1)=s(j)^2/(q(j)^2*x) ; %求得系数函数>>A=simple(A)%系数函数表达式>>f=exp(-x^2+x);%f(x)函数表达式>>d=simple(A*f)%系数函数与f(x)函数乘积的表达式%------------------------利用图像,找出的n个近似点>>x=-1:0.1:5; l=2-4*x+x.^2; %2个节点>>x=-4:0.1:10; l=24-96*x+72*x.^2-16*x.^3+x.^4; %4个节点>>x=-4:0.1:20;l=720-4320*x+5400*x.^2-2400*x.^3+450*x.^4-36*x.^5+x.^6;%6个节点>>x=-1:0.1:23;l8=40320-322560*x+564480*x.^2-376320*x.^3+117600*x.^4-18816*x.^5+15 68*x.^6-64*x.^7+x.^8;%8个节点%---------------------利用函数fzero()函数为零时算出各个根的精确解>>x2=[0.6 3.4];>>for i=1:2x2(i)=fzero('2-4*x+x^2',x2(i));end>>x4=[0.3 1.7 4.5 9.4];>>for i=1:4x4(i)=fzero('24-96*x+72*x^2-16*x^3+x^4',x4(i));End>>x6=[0.2 1.2 3 5.8 9.8 16];>> for i=1:6x6(i)=fzero('720-4320*x+5400*x^2-2400*x^3+450*x^4-36*x^5+x^6',x6(i)); End>>x8=[0.1 0.9 2.3 4.3 7 10.8 15.7 22.9];>>for i=1:8x8(i)=fzero('40320-322560*x+564480*x^2-376320*x^3+117600*x^4-18816* x^5+1568*x^6-64*x^7+x^8',x8(i));endx8=x8’;>>for i=1:2 %--------------------计算()()A x f x在各阶各节点的值y2(i)=exp(-x2(i)^2+x2(i))/(-2+x2(i))^2/x2(i);end>>f2=sum(y2)%2个节点>>for i=1:4y4(i)=36*exp(-x4(i)^2+x4(i))/(-24+36*x4(i)-12*x4(i)^2+x4(i)^3)^2/ x4(i);end>>f4=sum(y4)%4个节点>>for i=1:6y6(i)=14400*exp(-x6(i)^2+x6(i))/(-720+1800*x6(i)-1200*x6(i)^2+300*x 6(i)^3-30*x6(i)^4+x6(i)^5)^2/x6(i);end>> f6=sum(y6)%6个节点>>for i=1:8y8(i)=25401600*exp(-x8(i)^2+x8(i))/(-40320+141120*x8(i)-141120*x8(i )^2+58800*x8(i)^3-11760*x8(i)^4+1176*x8(i)^5-56*x8(i)^6+x8(i)^7)^2/x8 (i);end>>f8=sum(y8)%8个节点结果:节点数n=2时()xe f x dx∞-≈⎰ 1.0810 ;节点数n=4时()xe f x dx∞-≈⎰0.8476;节点数n=6时()xe f x dx∞-≈⎰0.8791 ;节点数n=8时()xe f x dx∞-≈⎰0.8926.而精确解为2π,由此可见节点数越多即n 的值越大,越接近精确值.四.泊松积分错误!未找到引用源。