区分求積法の例
区分求積法の右端型と左端型について,
f(x)=x2として考える.
右端型 :limn→∞1n{f(1n)+f(2n)+⋯+f(n−1n)+f(nn)}=∫10f(x)dx
左端型 :limn→∞1n{f(0)+f(1n)+f(2n)+⋯+f(n−1n)}=∫10f(x)dx
ここで,n
は積分範囲を分割した数である.
■導出
●定積分の公式を用いた場合
定積分の基本式より,
∫baf(x)dx=[F(x)]ba=F(b)−F(a)
(F(x)
は
f(x)
の原始関数の1である )
∫10x2dx=13[x2]10=13=0.333⋯
●右端型の区分求積の場合
∫10x2dx=limn→∞1n{f(1)+f(2)+⋯+f(n−1)+f(n)}
=limn→∞1n{(1n)2+(2n)2+⋯+(n−1n)2+(nn)2}
=limn→∞1n·1n2{12+22+⋯+(n−1)2+n2}
=limn→∞1n·1n2{n∑k=1k2}
n∑k=1k2=16n(n+1)(2n+1)より
=limn→∞1n·1n2·16n(n+1)(2n+1)
=limn→∞16(1+1n)(2+1n)
n→∞
のとき,1n→0
より
=16(1+0)(2+0)
=13
●左端型の区分求積の場合
∫10x2dx=limn→∞1n{f(0)+f(1)+⋯+f(n−2)+f(n−1)}
=limn→∞1n{(0n)2+(1n)2+⋯+(n−2n)2+(n−1n)2}
=limn→∞1n·1n2{02+12+⋯+(n−2)2+(n−1)2}
=limn→∞1n·1n2{02+n−1∑k=1k2}
n−1∑k=1k2=16(n−1)n{2(n−1)+1}
より(ここを参照)
=limn→∞1n·1n2·16(n−1)n{2(n−1)+1}
=limn→∞1n·1n2·16(n−1)n(2n−1)
=limn→∞16(1−1n)(2−1n)
n→∞
のとき,1n→0
より
=16(1−0)(2−0)
=13
よって,右端型と左端方のどちらを用いても,定積分の公式を用いた場合の答と同じ値を得ることができる.
■具体的なn
の値における計算結果
●その1
n=10
の場合
右端型
10∑k=1110f(k10)=110{f(110)+f(210)+⋯+f(910)+f(1010)}
=110{(110)2+(210)2+⋯+(910)2+(1010)2}
=110{1100+4100+⋯+81100+100100}
=110·385100
=0.385
左端型
10∑k=1110f(k−110)=110{f(0)+f(110)+f(210)+⋯+f(910)}
=110{(0)2+(110)2+(210)2+⋯+(910)2}
=110{0+1100+4100+⋯+81100}
=110·285100
=0.285
●その2
n=1000
の場合
右端型
1000∑k=111000f(k1000)
=11000{f(11000)+f(21000)+⋯+f(9991000)+f(10001000)}
=11000{(11000)2+(21000)2+⋯+(9991000)2+(10001000)2}
=11000{11000000+41000000+⋯+9980011000000+10000001000000}
=11000·333833501000000
=0.3338335
左端型
1000∑k=111000f(k−1100)=11000{f(0)+f(11000)+f(21000)+⋯+f(9991000)}
=11000{(0)2+(11000)2+(21000)2+⋯+(9991000)2}
=11000{0+11000000+41000000+⋯+9980011000000}
=11000·332833501000000
=0.3328335
また,各分割数で計算した場合の値は以下のようになる.(一部の値には誤差を含む)
n
|
10
|
100
|
1000
|
10000
|
右端型
|
0.385
|
0.33835
|
0.3338335
|
0.333383334999998
|
左端型
|
0.285
|
0.32835
|
0.3328335
|
0.333283334999998
|
n
|
20000
|
50000
|
100000
|
1000000
|
右端型
|
0.333358333749998
|
0.3333433334
|
0.33333833335
|
0.3333338333335
|
左端型
|
0.333308333749998
|
0.3333233334
|
0.33332833335
|
0.3333328333335
|
この表から,区分求積法は分割数が増えるごとに定積分の公式を用いた場合の値に近づいていくことがわかる.
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最終更新日:
2022年12月5日