Визначений інтеграл визначається як границя сум Рімана:
∫ₐᵇ f(x) dx = lim(N→∞) Σᵢ f(x*ᵢ)·Δx
де Δx = (b−a)/N, а x*ᵢ — точка вибору в i-му підінтервалі.
Чотири класичні методи наближення:
Лівий: x*ᵢ = a + i·Δx — ліве значення
прямокутника. Похибка O(Δx).
Правий: x*ᵢ = a + (i+1)·Δx — праве значення.
Теж O(Δx).
Середня точка: x*ᵢ = a + (i+½)·Δx — точніший
метод, похибка O(Δx²).
Трапеція: ½(f(xᵢ)+f(xᵢ₊₁))·Δx — з'єднує верхні
кути лінією. Похибка O(Δx²).
Оцінка похибки: |Похибка| ≤ M·(b−a)³/(12N²) — для
середньої точки та трапецій (M = max|f″|). Метод Сімпсона (формула
3/8):
S = (2·Середня + Трапеція) / 3 —
похибка O(Δx⁴).
∫ Інтеграл Рімана
Про цю симуляцію
Інтеграл Рімана визначає точну площу під кривою як границю сумарної
площі дедалі тонших прямокутників. Цей візуалізатор показує чотири
класичні методи чисельного інтегрування, що наближають цю площу в
реальному часі. Та сама ідея лежить в основі всього — від обчислення
пройденого шляху за графіком швидкості до чисельного розв'язання
рівнянь у фізичних рушіях, фінансах та інженерних симуляціях.
Як це працює
Відрізок від a до b ділиться на
N рівних підінтервалів завширшки Δx = (b − a)/N.
Для кожного підінтервалу висота береться в точці, що залежить від
обраного методу (лівий, правий, середня точка чи трапеція).
Площі всіх прямокутників (чи трапецій) додаються для наближення
інтеграла; біла лінія — точна функція.
Нижня панель показує, як похибка зменшується зі зростанням
N, порівнюючи збіжність першого та другого порядку.
Ключові рівняння
integral(a..b) f(x) dx = lim(N to inf) sum f(x*_i) * dx —
де dx = (b − a)/N, а x*_i — точка вибору в i-му підінтервалі. Оцінка
похибки для середньої точки/трапеції:
|error| <= M*(b-a)^3 / (12*N^2), де M = max|f''|.
Елементи керування
Функція — оберіть sin(x), x², eˣ, |x| або √x.
Метод — лівий, правий, середня точка чи трапеція.
Підінтервали N — кількість прямокутників (1–200).
a та b — нижня та верхня межі
інтегрування.
А чи знали ви?
Метод середньої точки рівно вдвічі точніший за метод трапецій для
гладких функцій, а їх поєднання у вигляді
(2 × Середня + Трапеція) / 3 дає формулу Сімпсона, похибка якої спадає
як O(Δx⁴) — настільки швидко, що кілька підінтервалів часто
перевершують тисячі звичайних прямокутників.