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📍 trapezoidal midpoint simpson numerical integration 計算機

專業免費的 trapezoidal midpoint simpson numerical integration 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)
3.1415926535892149 定積分近似值
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...

這個計算器能做什麼

本工具會用三種經典的複合數值積分公式,近似函數 f(x) 在有限區間 [a, b] 上的定積分:梯形法(Trapezoidal Rule)、中點法(Midpoint Rule)與辛普森法(Simpson's Rule)。它不只給你單一答案,而是依序以 2、4、8、16……(每次加倍)的細分數計算每種方法,直到你設定的最大值 N,並列出一張收斂表,讓你親眼看到估算值如何逐漸穩定,自行判斷精確度。

使用方式

請以變數 x 輸入被積分函數的數學式(例如 4/(1+x^2) 或 sin(x)*exp(-x))。支援的運算子有 + - * / ^ 及括號,另外也支援常見函數如 sin、cos、tan、exp、log/ln、sqrt、abs,以及常數 pi 和 e。設定下限 a 與上限 b,選擇最大細分數 N(須為 2 的次方),再決定顯示位數。表頭主要呈現的數字是 n = N 時的辛普森估算值,因為它通常收斂最快。

公式說明

當分成 n 個子區間時,步長為 h = (b - a)/n,節點為 x_i = a + i h。梯形法將各點函數值相加,並把兩端點各取一半權重;中點法則取每個子區間中央的函數值;辛普森法以 1、4、2、4、……、4、1 的權重將兩者結合,對三次多項式可得到精確結果,誤差為 h^4 階,而另外兩種方法則為 h^2 階。

\int_{a}^{b} f(x) dx ≈ ((h) ÷ (3))≤ft[ f(x_0) + 4\sum_{i odd} f(x_i) + 2\sum_{i even} f(x_i) + f(x_N) \right]

其中

≤ft{ \begin{aligned} f(x) &= f(x) \\ a &= Lower limit \\ b &= Upper limit \\ N &= Subdivisions \\ h &= ((b-a) ÷ (N)), x_i = a + i h \end{aligned} \right.

實例演算

以 f(x) = 4/(1+x^2) 在 [0, 1] 上為例,精確積分值為 π = 3.14159265\ldots。當 n = 4、h = 0.25 時,梯形法估算約為 3.131176,中點法約為 3.146801,辛普森法約為 3.141569——已準確到小數第五位。隨著 n 增大,三種方法都會逐漸逼近 π。

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)

為什麼 \(N\) 一定要是 2 的次方?
每次將細分數加倍,能讓你輕鬆比較相鄰各列,同時也保證辛普森法所需的偶數子區間數成立。
哪些函數不適用?
收斂表假設被積分函數是平滑(解析)且非週期性的。若 \([a, b]\) 內含奇異點(例如 \(1/x\) 跨過 0),會產生無限大或無意義的結果。
若 \(a\) 等於 \(b\),或 \(a\) 大於 \(b\) 會怎樣?
當 \(a = b\) 時積分為 0;當 \(a > b\) 時,結果為在 \([b, a]\) 上積分的帶號(負)值。