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...@@ -862,8 +862,8 @@ Dans certains cas, il est impossible d’évaluer analytiquement une ...@@ -862,8 +862,8 @@ Dans certains cas, il est impossible d’évaluer analytiquement une
intégrale ou alors elle est très compliquée à calculer. Dans ce cas, on intégrale ou alors elle est très compliquée à calculer. Dans ce cas, on
va approximer l’intégrale et donc commettre une erreur. va approximer l’intégrale et donc commettre une erreur.
Pour ce faire on va subdiviser l’espace d’intégration $[a,b]$ en $N$ pas Pour ce faire on subdivise l’espace d’intégration $[a,b]$ en $N$ pas
équidistants (pour simplifier) $\delta x=(b-a)/N$, et approximer équidistants (pour simplifier) $\delta x=(b-a)/N$, et on approxime
l’intégrale par une somme finie l’intégrale par une somme finie
$$\int_a^bf(x){\mathrm{d}}x=\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+i\delta x) g_i+E(a,b,\delta x)\cong\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+i\delta x) g_i,$$ $$\int_a^bf(x){\mathrm{d}}x=\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+i\delta x) g_i+E(a,b,\delta x)\cong\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+i\delta x) g_i,$$
où $g_i$ est un coefficient qui va dépendre de la méthode d’intégration où $g_i$ est un coefficient qui va dépendre de la méthode d’intégration
...@@ -877,7 +877,7 @@ nombre de pas d’intégration), de la forme de $f(x)$ (combien est ...@@ -877,7 +877,7 @@ nombre de pas d’intégration), de la forme de $f(x)$ (combien est
D’une façon générale plus $\delta x$ est petit ($N$ est grand) plus D’une façon générale plus $\delta x$ est petit ($N$ est grand) plus
l’erreur sera petite et donc l’intégration sera précise (et plus le l’erreur sera petite et donc l’intégration sera précise (et plus le
calcul sera long). Néanmoins, comme la précision des machines sur calcul sera long). Néanmoins, comme la précision des machines sur
lesquelles nous évaluons les intégrale est finie, si $\delta x$ devient lesquelles nous évaluons les intégrales est finie, si $\delta x$ devient
proche de la précision de la machine des erreurs d’arrondi vont dégrader proche de la précision de la machine des erreurs d’arrondi vont dégrader
dramatiquement la précision de l’intégration. dramatiquement la précision de l’intégration.
...@@ -886,7 +886,7 @@ dramatiquement la précision de l’intégration. ...@@ -886,7 +886,7 @@ dramatiquement la précision de l’intégration.
Remarque +.# Remarque +.#
De façon générale il est difficile de connaître à l’avance la valeur De façon générale il est difficile de connaître à l’avance la valeur
exacte de $E$. En revanche on est en capable de déterminer **l’ordre** exacte de $E$. En revanche on est capable de déterminer **l’ordre**
de l’erreur. de l’erreur.
--- ---
...@@ -911,7 +911,7 @@ nombre de paramètres utilisés pour l’intégration, il faut définir un ...@@ -911,7 +911,7 @@ nombre de paramètres utilisés pour l’intégration, il faut définir un
critère qui va nous dire si notre intégrale est calculée avec une critère qui va nous dire si notre intégrale est calculée avec une
précision suffisante. précision suffisante.
Si nous notons $I(N,a,b,f,g)$ l’approximation du calcul de l’intégrale Notons $I(N,a,b,f,g)$ l’approximation du calcul de l’intégrale
entre $a$ et $b$ de la fonction $f$ avec une résolution $N$ pour la entre $a$ et $b$ de la fonction $f$ avec une résolution $N$ pour la
méthode d’intégration $g$ méthode d’intégration $g$
$$I(N,a,b,f,g)=\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+i\delta x) g_i,$$ où $g_i$ $$I(N,a,b,f,g)=\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+i\delta x) g_i,$$ où $g_i$
...@@ -950,7 +950,7 @@ $$\begin{aligned} ...@@ -950,7 +950,7 @@ $$\begin{aligned}
\int_a^bf(x){\mathrm{d}}x&\cong\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+(i+1/2)\cdot\delta x)+\mathcal{O}(\delta x^2).\end{aligned}$$ \int_a^bf(x){\mathrm{d}}x&\cong\sum_{i=0}^{N-1} \delta x f(a+(i+1/2)\cdot\delta x)+\mathcal{O}(\delta x^2).\end{aligned}$$
Cette astuce permet d’améliorer la précision de la méthode à très faible Cette astuce permet d’améliorer la précision de la méthode à très faible
coût. En effet, la précision de la méthode des rectangles est améliorée coût. En effet, la précision de la méthode des rectangles est améliorée
et devient d’ordre 2. et devient d’ordre 2. Elle est exacte pour les fonctions linéaires $f(x)=c\cdot x + d$.
### Méthode des trapèzes ### Méthode des trapèzes
...@@ -960,22 +960,22 @@ rappel l’aire d’un trapèze, dont les côtés parallèles sont de longueurs ...@@ -960,22 +960,22 @@ rappel l’aire d’un trapèze, dont les côtés parallèles sont de longueurs
$c$ et $d$ et la hauteur $h$, est donnée pas $$A=(c+d)h/2.$$ Cette $c$ et $d$ et la hauteur $h$, est donnée pas $$A=(c+d)h/2.$$ Cette
approximation donne donc la formule suivante approximation donne donc la formule suivante
$$\int_a^bf(x){\mathrm{d}}x\cong\sum_{i=0}^{N-1} \delta x \frac{f(a+i\cdot\delta x)+f(a+(i+1)\cdot\delta x)}{2}+\mathcal{O}(\delta x^2).$$ $$\int_a^bf(x){\mathrm{d}}x\cong\sum_{i=0}^{N-1} \delta x \frac{f(a+i\cdot\delta x)+f(a+(i+1)\cdot\delta x)}{2}+\mathcal{O}(\delta x^2).$$
Cette méthode est d’ordre $2$. Cette méthode d’intégration est exacte Cette méthode est d’ordre $2$. Cette méthode d’intégration est aussi exacte
pour les fonctions linéaires $f(x)=c\cdot x + d$. pour les fonctions linéaires $f(x)=c\cdot x + d$.
### Méthode de Simpson ### Méthode de Simpson
Pour cette approximation, on approxime la fonction à intégrer dans un Pour cette méthode, on approxime la fonction à intégrer dans un
intervalle par une parabole. intervalle par une parabole.
Commençons par évaluer l’intégrale à l’aide d’une subdivision dans Commençons par évaluer l’intégrale à l’aide d’une subdivision dans
l’ensemble $[a,b]$. l’ensemble $[a,b]$.
L’idée est la suivante. On pose $f(x)=c\cdot x^2+d\cdot x+e$. Donc, il L’idée est la suivante. On pose $f(x)=c\cdot x^2+d\cdot x+e$ et il
nous faut déterminer $c$, $d$, et $e$. Il nous faut donc choisir 3 faut déterminer $c$, $d$, et $e$. Il faut donc choisir 3
points dans l’intervalle $[a,b]$ pour déterminer ces constantes. On points dans l’intervalle $[a,b]$ pour déterminer ces constantes. On
choisit comme précédemment $f(a)$, $f(b)$, et le troisième point est choisit comme précédemment $f(a)$, $f(b)$, et le troisième point est
pris comme étant le point du milieu $(f(a+b)/2)$. On se retrouve donc pris comme étant le point du milieu $(f(a+b)/2)$. On se retrouve ainsi
avec trois équations à trois inconnues $$\begin{aligned} avec trois équations à trois inconnues $$\begin{aligned}
f(a)&=c\cdot a^2+d\cdot a+e,\\ f(a)&=c\cdot a^2+d\cdot a+e,\\
f(b)&=c\cdot b^2+d\cdot b+e,\\ f(b)&=c\cdot b^2+d\cdot b+e,\\
...@@ -985,7 +985,7 @@ pouvons à présent évaluer l’intégrale $$\begin{aligned} ...@@ -985,7 +985,7 @@ pouvons à présent évaluer l’intégrale $$\begin{aligned}
I&=\int_a^b f(x){\mathrm{d}}x\cong\int_a^b (cx^2+dx+e){\mathrm{d}}x,\nonumber\\ I&=\int_a^b f(x){\mathrm{d}}x\cong\int_a^b (cx^2+dx+e){\mathrm{d}}x,\nonumber\\
&=\frac{b-a}{6}(f(a)+f(b)+4f((a+b)/2))+\mathcal{O}(\delta x^4).\end{aligned}$$ &=\frac{b-a}{6}(f(a)+f(b)+4f((a+b)/2))+\mathcal{O}(\delta x^4).\end{aligned}$$
On peut donc généraliser affiner cette formule en rajoutant des On peut généraliser et affiner cette formule en rajoutant des
intervalles comme précédemment et en répétant cette opération pour intervalles comme précédemment et en répétant cette opération pour
chaque intervalle. chaque intervalle.
...@@ -993,7 +993,7 @@ Il vient donc que $$\begin{aligned} ...@@ -993,7 +993,7 @@ Il vient donc que $$\begin{aligned}
I&=\frac{\delta x}{6}\sum_{i=0}^{N-1}\left[f(a+i\cdot \delta x)+f(a+(i+1)\cdot\delta x)\right.\nonumber\\ I&=\frac{\delta x}{6}\sum_{i=0}^{N-1}\left[f(a+i\cdot \delta x)+f(a+(i+1)\cdot\delta x)\right.\nonumber\\
&\left.+4f(a+(i+1/2)\cdot\delta x)\right]+\mathcal{O}(\delta x^4).\end{aligned}$$ &\left.+4f(a+(i+1/2)\cdot\delta x)\right]+\mathcal{O}(\delta x^4).\end{aligned}$$
Cette méthode permet d’évaluer exactement des polynômes d’ordre 4, Cette méthode permet d’évaluer exactement les intégrales des polynômes d’ordre 3,
$f(x)=ax^3+bx^2+cx+d$. $f(x)=ax^3+bx^2+cx+d$.
Équations différentielles ordinaires Équations différentielles ordinaires
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