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📚 Gauss Legendre Quadrature 計算機

專業免費的 Gauss Legendre Quadrature 計算機。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
3.1415926536 n 點高斯-勒讓德求積法
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

什麼是高斯-勒讓德求積法?

高斯-勒讓德求積法(Gauss-Legendre quadrature)是一種估算定積分的數值方法。它不像傳統做法那樣把區間切成許多等寬的小條,而是只在少數幾個經過精心挑選的位置(稱為節點)計算被積函數的值,再搭配經過調校的權重加總起來。回報相當驚人:n 點的高斯-勒讓德公式可以精確積分任何不超過 2n − 1 次的多項式;對於平滑函數而言,它所需的計算次數遠少於梯形法或辛普森法,卻能得到極佳的精度。

如何使用本計算機

請以 x 的運算式輸入被積函數(例如 4/(1+x^2)、sin(x)*exp(-x) 或 sqrt(1-x^2))。設定積分下限 a 與上限 b,接著從 2 到 64 之間選擇節點數 n。對於平滑的被積函數,n 越大,精度越高。支援的運算子有 + - * / ^;支援的函數包括 sin、cos、tan、asin、acos、atan、sinh、cosh、tanh、exp、log/ln、log10、sqrt 與 abs,另外還有常數 pi 與 e。

公式說明

經典公式定義在區間 [-1, 1] 上:積分以 f 在勒讓德多項式根 x_i 處的加權總和來近似。

\int_{a}^{b} f(x) dx ≈ ((b-a) ÷ (2))\sum_{i=1}^{n} w_i f\!≤ft(((b-a) ÷ (2))x_i + ((a+b) ÷ (2))\right)

若要處理一般區間 [a, b],可利用線性變數變換,把 t \in [-1, 1] 映射為 x = ((b-a) ÷ (2))t + ((b+a) ÷ (2)),其中 dx = ((b-a) ÷ (2)) dt。本計算機會即時以牛頓法搭配勒讓德多項式遞迴關係求出節點,因此完全不需要查表。

實例演算

以 f(x) = ((4) ÷ (1 + x^2)) 在 [0, 1] 上為例,其精確積分值即為 pi。當 n = 2 時,節點為 ±((1) ÷ (√(3))),權重皆為 1。將其映射到 [0, 1] 並代入計算,可得 f(0.2113) = 3.8290 與 f(0.7887) = 2.4661;總和乘上縮放係數 0.5 後約為 3.1476——僅僅兩次計算就已相當接近 pi。當 n = 20 時,結果可與 pi 吻合到約 3.14159265359。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

如果 a = b 會怎樣?
此時區間寬度為零,因此積分結果恰為 0。
b 可以小於 a 嗎?
可以。計算機會回傳帶正負號的結果,符合「交換上下限會使積分變號」的慣例。
為什麼結果看起來不對?
高斯-勒讓德法假設被積函數在每個節點上都是有限值。區間內部若存在奇異點(例如除以零,或對負數取對數),可能會產生無意義的數值;當某個節點算出 NaN 或無限大時,計算機會提出警告。請注意,端點 a 與 b 本身永遠不會被代入計算,這對處理較輕微的端點行為很有幫助。