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Integración Numérica
Integral definida: Cálculo
Fórmula de los Trapecios
Regla de Simpson
Integración de Romberg
Otros métodos (Newton-Cotes, Gauss)
Integral definida: Cálculo
Regla de Barrow
 f ( x)dx  F( b)  F(a)
b
a
Pero...
Funciones sin primitiva sencilla


0
sen( x)
dx
x

Datos experimentales: área de un terreno.
t
0
e
-x 2
dx
Fórmula de los Trapecios
Simple
f ( a )  f ( b)
I T  ( b  a)
2
Error
( b  a)
ET  
f (),  [a , b]
12
3
Fórmula de los Trapecios
Compuesta
h
I T [ h]  ( y 0  2 y1  2 y 2 2 y n 1  y n )
2
Error
2
h
E T   ( b  a ) f (),  [a , b]
12
Exacta para funciones de 1er grado
Algoritmo TRAPECIO
Integra aproximadamente f(x) en el intervalo [a,b] aplicando la
fórmula de los trapecios con n subintervalos.
 Datos de entrada: a,b,n
 Proceso



Dividir el intervalo en n subintervalos
Evaluar la función en los extremos
de los subintervalos
Aplicar la formula de los trapecios:
IT[h] = h/2(y0 +2y1+2y2+...+2yn-1+yn)
 Salida: Integral aproximada
Indicación: usar vectores en lugar de bucles para evaluar la Fórmula
de los Trapecios.
Fórmula de Trapecios iterativa
Supongamos que n es par:
IT[h] = h/2 (y0 + 2y1 + 2y2 + ... + 2yn-1 + yn) =
= h/2 (y0 + 2y2 + 2y4 + ... + 2yn-2 + yn) +
+ h (y1 + y3 + y5 + ... + yn-1) =
= IT[2h]/2 + h(y1 + y3+...+yn-1)
Refinar la partición y actualizar la integral
Algoritmo TRAPITER
Refina iterativamente la partición del intervalo [a,b] y actualiza la
Fórmula de los Trapecios para aproximar la integral de f(x) hasta
una precisión determinada.
Datos de entrada: a, b, n, tol.
Inicio: I = trapecio(a,b,n)
Iteraciones:
mientras error > tol
dividir en 2 cada intervalo
x = nuevos puntos, y = f(x)
Inueva = I/2 + h*sum(y)
% Actualización de la
error = abs(I-Inueva)
% integral
I = Inueva
fin mientras
Regla de Simpson simple
(x0,y0), (x1,y1), (x2,y2) con x1=x0+h, x2=x1+h
 Polinomio de diferencias progresivas
P(t)= y0+(y1-y0)t+1/2(y0-2y1+y2)t(t-1); ht=x-x0
Integral

x2
x0
f ( x)dx  
2
0
h
hP(t )dt  ( y0  4 y1  y2 )  I S [h]
3
Regla de Simpson
Compuesta
h
I S [ h]  ( y 0  4 y1  2 y 2 4 y n 1  y n )
3
Error
4
h
ES  
( b  a ) f IV (),  [a , b]
180
Exacta para polinomios de 3er grado
Integración de Romberg
 Relación Simpson-Trapecio par 2n subdivisiones
de [a, b].
4 I T [ h]  I T [ 2h]
I S [ h] 
3
Tabla de Romberg
I T [ h]
I T [ h / 2]
I T [ h / 4]
I T [ h / 8]
I S [ h / 2]
I S [ h / 4]
I S [ h / 8]
I R [ h / 4]
I R [ h / 8]
I Q [ h / 8]




Expresión general:
I kj 
4 j1 I k , j1  I k 1, j1
4 j1  1
Error de orden h2j
Exacta para polinomios de grado 2j-1
Algoritmo ROMBERG
 Integra f(x) en [a,b], aplicando el método de Romberg.
Datos de entrada: a,b,n,tol
 Proceso: Construccion de la tabla de Romberg
k = 1, I(1,1) = trapecio(a,b,n);
% Fila 1
mientras error > tol
k = k+1
% Fila k
dividir en 2 cada subintervalo
x = nuevos puntos, y = f(x)
I(k,1) = I(k-1,1)/2 + h*sum(y)
para j = 2 : k
% Aplica el método de Romberg
I(k,j) = (4^(j -1)*I(k,j -1) - I(k -1,j -1)) / (4^(j -1) -1)
fin para
error = abs(I(k,j) - I(k,j -1))
fin mientras
Método de Newton-Cotes
 Dados x0, x1, x2, ..., xn en [a,b], determinar A0, A1, A2, ..., An
tales que para todo polinomio p(x) de grado < n,
 p( x)dx 
b
a
 A 0 p( x 0 )  A1p( x1 ) A n p( x n )
 Sustituyendo p(x) = 1,x ,x2 , ... , xn se obtiene un sistema
lineal del que se despejan A0, A1, A2, ..., An
Cuadratura de Gauss
 Determinar puntos x0, x1, x2, ..., xn en [a,b], y números A0, A1,
A2, ..., An tales que, para todo polinomio p(x) de grado <
2n+1,
 p( x)dx 
b
a
 A 0 p( x 0 )  A1p( x1 ) A n p( x n )
 Sustituyendo p(x) = 1,x ,x2 , ... , x2n+1 se obtiene un sistema no
lineal del que se despejan x0, x1, x2, ..., xn y A0, A1, A2, ..., An.
Resumen
Los métodos de Trapecios, Simpson y Romberg
permiten estimar la integral con error de orden
n2, n4, n,… . Usan nodos equiespaciados,
incluyendo los extremos del intervalo. Son casos
particulares de Newton-Cotes.
El método de Gauss usa nodos desigualmente
espaciados, distintos de los extremos del
intervalo.