diff --git a/semester3/numcs/numcs-summary.tex b/semester3/numcs/numcs-summary.tex index 5705ab5..5503eb6 100644 --- a/semester3/numcs/numcs-summary.tex +++ b/semester3/numcs/numcs-summary.tex @@ -35,8 +35,9 @@ \vspace{4cm} \begin{center} \begin{Large} - ``\textit{Denken vor Rechnen}'' - ``\textit{Wer in Python Type annotation benötigt, der soll kein Python verwenden}'' (2025-10-09T10:43) + \quote{Denken vor Rechnen} % FIXME: Marked for removal + \quote{Wer in Python Type annotation benötigt, der soll kein Python verwenden} (2025-10-09T10:43) % FIXME: Marked for removal + \quote{Wenn ich keine Lust habe, das zu berechnen, dann wende ich einfach Gewalt an} \end{Large} \hspace{3cm} - Vasile Gradinaru, 2025 diff --git a/semester3/numcs/parts/02_quadrature/intro.tex b/semester3/numcs/parts/02_quadrature/intro.tex new file mode 100644 index 0000000..ae6bd4a --- /dev/null +++ b/semester3/numcs/parts/02_quadrature/intro.tex @@ -0,0 +1,31 @@ +\setcounter{subsection}{2} +\subsection{Grundbegriffe und -Ideen} +Es ist oft nicht möglich oder sinnvoll einen Integral analytisch zu berechnen. +Mit Methoden der Quadratur können wir Integrale nummerisch berechnen. + +\innumpy kann \texttt{scipy.integrate.quad} verwendet werden. +Falls man jedoch eine manuelle Implementation erstellen will, so nutzt man oft die Trapez- oder Simpson-Regel, da sie sowohl einfach zu implementieren, wie auch effizient sind. +In gewissen Anwendungen sind Gauss-Quadratur-Formeln nützlich, welche man durch Spektralmethoden ersetzen kann, welche die FFT verwenden und effizienter sind. + +\begin{definition}[]{Quadratur} + Ein Integral kann durch eine gewichtete Summe von Funktionswerten der Funktion $f$ an verschiedenen Stellen $c_i^n$ approximiert werden: + \begin{align*} + \int_{a}^{b} f(x) \dx \approx Q_n(f; a, b) := \sum_{i = 1}^{n} \omega_i^n f(c_i^n) + \end{align*} + wobei $\omega_i^n$ die \textit{Gewichte} und $c_i^n \in [a, b]$ die \textit{Knoten} der Quadraturformel sind. +\end{definition} + +Wir wollen natürlich wieder $c_i^n \in [a, b]$ und $w_i^n$ so wählen, dass der Fehler minimiert wird. +\begin{definition}[]{Fehler} + Der Fehler der Quadratur $Q_n(f)$ ist + \begin{align*} + E(n) = \left| \int_{a}^{b} f(x) \dx - Q_n(f; a, b) \right| + \end{align*} + Wir haben \bi{algebraische Konvergenz} wenn $E(n) = \tco{\frac{1}{n^p}}$ mit $p > 0$ und + \bi{exponentielle Konvergenz} wenn $E(n) = \tco{q^n}$ mit $0 \leq q < 1$ +\end{definition} + +Die Idee, den Integral einer schweren Funktion zu berechnen, ist diese mit einer einfachen Funktion, die analytisch integrierbar ist, zu approximieren. +Wenn wir diese Funktion geschickt wählen, dann ist es sogar möglich, dass wir nur eine solche Funktion für alle Funktionen $f$ benötigen. + +% Der Polynom, das Ansatz, yep... excellent German there