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-rw-r--r-- | buch/papers/laguerre/quadratur.tex | 79 |
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diff --git a/buch/papers/laguerre/quadratur.tex b/buch/papers/laguerre/quadratur.tex new file mode 100644 index 0000000..60fad7f --- /dev/null +++ b/buch/papers/laguerre/quadratur.tex @@ -0,0 +1,79 @@ +% +% quadratur.tex +% +% (c) 2022 Patrik Müller, Ostschweizer Fachhochschule +% +\section{Gauss-Quadratur + \label{laguerre:section:quadratur}} + {\large \color{red} TODO: Einleitung und kurze Beschreibung Gauss-Quadratur} +\begin{align} +\int_a^b f(x) w(x) +\approx +\sum_{i=1}^N f(x_i) A_i +\label{laguerre:gaussquadratur} +\end{align} + +\subsection{Gauss-Laguerre-Quadratur +\label{laguerre:subsection:gausslag-quadratur}} +Die Gauss-Quadratur kann auch auf Skalarprodukte mit Gewichtsfunktionen +ausgeweitet werden. +In unserem Falle möchten wir die Gauss Quadratur auf die Laguerre-Polynome +$L_n$ ausweiten. +Diese sind orthogonal im Intervall $(0, \infty)$ bezüglich +der Gewichtsfunktion $e^{-x}$. +Gleichung~\eqref{laguerre:laguerrequadratur} lässt sich wiefolgt umformulieren: +\begin{align} +\int_{0}^{\infty} f(x) e^{-x} dx +\approx +\sum_{i=1}^{N} f(x_i) A_i +\label{laguerre:laguerrequadratur} +\end{align} + +\subsubsection{Stützstellen und Gewichte} +Nach der Definition der Gauss-Quadratur müssen als Stützstellen die Nullstellen +des verwendeten Polynoms genommen werden. +Das heisst für das Laguerre-Polynom $L_n$ müssen dessen Nullstellen $x_i$ und +als Gewichte $A_i$ werden die Integrale $l_i(x)e^{-x}$ verwendet werden. +Dabei sind +\begin{align*} +l_i(x_j) += +\delta_{ij} += +\begin{cases} +1 & i=j \\ +0 & \text{sonst.} +\end{cases} +\end{align*} +Laut \cite{abramowitz+stegun} sind die Gewichte also +\begin{align} +A_i += +\frac{x_i}{(n + 1)^2 \left[ L_{n + 1}(x_i)\right]^2} +. +\label{laguerre:quadratur_gewichte} +\end{align} + +\subsubsection{Fehlerterm} +Der Fehlerterm $R_n$ folgt direkt aus der Approximation +\begin{align*} +\int_0^{\infty} f(x) e^{-x} dx += +\sum_{i=1}^n f(x_i) A_i + R_n +\end{align*} +un \cite{abramowitz+stegun} gibt in als +\begin{align} +R_n += +\frac{(n!)^2}{(2n)!} f^{(2n)}(\xi) +,\quad +0 < \xi < \infty +\label{lagurre:lag_error} +\end{align} +an. + +{ +\large \color{red} +TODO: +Noch mehr Text / bessere Beschreibungen in allen Abschnitten +} |