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📚 Gauss Lobatto Quadrature Nodes Weights 計算機

專業免費的 Gauss Lobatto Quadrature Nodes Weights 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)
20 points on the interval [-1, 1] · sum of weights =2
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...

這個計算器的功能

本工具可計算參考區間 [-1, 1] 上、權函數 w(x) = 1 之 n 點高斯-洛巴托(Gauss-Lobatto)求積法則的節點(橫座標)x_i 與權重 w_i。與標準的高斯-勒讓德(Gauss-Legendre)求積法不同,高斯-洛巴托法則一律將兩個端點 x = -1 與 x = +1 強制納為求積節點,當邊界值具有重要意義時(例如譜元素法)特別有用。這純屬數值分析範疇,世界各地適用方式完全一致,與地區或國家無關。

使用方法

選擇點數 n(介於 2 到 100 之間),並可自訂顯示精度。計算器會回傳一個含 n 列的表格,每一列列出節點 x_i 及其對應權重 w_i。節點以 0 為中心對稱分佈,權重同樣對稱,因此 x_i 與 -x_i 共用相同的權重。作為內建的驗算機制,所有權重的總和應等於 2,也就是整個區間的長度。

公式說明

此法則將積分近似為總和 w_1 f(x_1) + \dots + w_n f(x_n),並對 2n-3 次以下的多項式精確成立。

\int_{-1}^{1} f(x) dx ≈ \sum_{i=1}^{n} w_i f(x_i)
where ≤ft{ \begin{aligned} x_1 &= -1, x_n = 1 \\ x_i &: P_{n-1}^{\prime}(x_i) = 0 (interior) \\ w_{1} &= w_{n} = ((2) ÷ (n (n-1))) \\ w_i &= ((2) ÷ (n (n-1) ≤ft[P_{n-1}(x_i)\right]^{2})) \end{aligned} \right.
內部節點 x_2, \dots, x_{n-1} 即為 P'_{n-1}(x)(即 n-1 次勒讓德多項式之導數)的 n-2 個零點。兩端點的權重為 ((2) ÷ (n(n-1))),而每個內部節點 x_i 的權重為 ((2) ÷ (n(n-1)[P_{n-1}(x_i)]^2))。計算器以柴比雪夫-高斯-洛巴托初始值 \cos\!≤ft(((π j) ÷ (n-1))\right) 為起點,透過牛頓迭代法求得內部根,可達完整的雙精度(約 15 至 16 位有效數字)。

實例演算(n = 4)

內部節點需解 P'_3(x) = ((15x^2 - 3) ÷ (2)) = 0,因此 x = ±((1) ÷ (√(5))) = ± 0.4472135955。端點權重為 ((2) ÷ (4 × 3)) = ((1) ÷ (6)) = 0.1666666667。對於內部節點,P_3\!≤ft(((1) ÷ (√(5)))\right) = -0.4472135955,其平方為 0.2,故權重為 ((2) ÷ (4 × 3 × 0.2)) = ((5) ÷ (6)) = 0.8333333333。總和 ((1) ÷ (6)) + ((5) ÷ (6)) + ((5) ÷ (6)) + ((1) ÷ (6)) = 2,驗證了此法則的正確性。

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)

它與高斯-勒讓德法有何不同?
高斯-勒讓德法將所有節點都嚴格放在 \((-1, 1)\) 內部,可精確至 \(2n-1\) 次。高斯-洛巴托法則固定兩端點為節點,僅精確至 \(2n-3\) 次,以兩個精度等級換取納入邊界的能力。
如何將這些值應用到一般區間 [a, b]?
將每個節點以 \(x \to \frac{b-a}{2}\, x + \frac{a+b}{2}\) 進行映射,並將每個權重乘以 \(\frac{b-a}{2}\)。本頁面僅輸出 [-1, 1] 上的數值。
為什麼權重總和必須為 2?
將 \(f(x) = 1\) 在 [-1, 1] 上積分得到 2,而此法則對常數函數精確成立,所以權重總和必然等於區間長度。