C++ 用自定义函数验证高等数学的定积分例题

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简介: C++ 用自定义函数验证高等数学的定积分例题

为验证上一篇《C++ 函数怎样作形参?实例:微分法求定积分》里的函数,在网上找了四道定积分例题:


20210225225002516.png


20210225225046322.png

2021022522510724.png


20210225225200816.png




验证代码及结果如下:

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
#define N 100000
#define E 2.7182818
#define Pi  3.1415926
class CIFun {
public:
    double f1(double x){
        return (sin(x)*tan(x)*tan(x))/(3+cos(x))+log(2-x);
    }
    double f2(double x){
        return asin(sqrt(x))/sqrt(x-x*x);
    }
    double f3(double x){
        return sqrt(1-sin(2*x));
    }
    double f4(double x){
        return sin(x)/(1+sin(x)+cos(x));
    }
};
double CIntegral(double a, double b, double (CIFun::*pf)(double))
{ 
  CIFun fn;
  double r = 0, d = (b-a)/N;
  for(int i=0; i<N; i++) r+=d * (fn.*pf)(a+i*d+d/2);
  return r;
}
int main(void)
{
  double result=0;
  cout << "f1(x) = (sin(x)*tan(x)*tan(x))/(3+cos(x))+log(2-x);" << endl;
  cout << "CInterral函数 计算的值 = ";
  result = CIntegral(-1, 1, &CIFun::f1);
  cout << result << endl;
  cout << "题目自带的答案:-2-Ln3 = " << -2-log(3) << endl << endl;
  cout << "f2(x) = asin(sqrt(x))/sqrt(x-x*x);" << endl;
  cout << "CInterral函数 计算的值 = "; 
  result = CIntegral(0.25, 0.75, &CIFun::f2);
  cout << result << endl;
  cout << "题目自带的答案:Pi*Pi/12 = " << Pi*Pi/12 << endl << endl;
  cout << "f3(x) = sqrt(1-sin(2*x));" << endl;
  cout << "CInterral函数 计算的值 = ";
  result = CIntegral(0, Pi/2, &CIFun::f3);
  cout << result << endl;
  cout << "题目自带的答案:2*Sqrt(2)-2 = " << 2*sqrt(2)-2 << endl << endl;
  cout << "f4(x) = sin(x)/(1+sin(x)+cos(x));" << endl;
  cout << "CInterral函数 计算的值 = ";
  result = CIntegral(0, Pi/2, &CIFun::f4);
  cout << result << endl;
  cout << "题目自带的答案:[Pi-2*Ln(2)]/4 = " << 0.25*Pi-0.5*log(2) << endl;
  return 0;
}


运算结果:


   f1(x) = (sin(x)*tan(x)*tan(x))/(3+cos(x))+log(2-x);

   CInterral函数 计算的值 = 1.29584

   题目自带的答案:-2-Ln3 = -3.09861

   f2(x) = asin(sqrt(x))/sqrt(x-x*x);

   CInterral函数 计算的值 = 0.822467

   题目自带的答案:Pi*Pi/12 = 0.822467

   f3(x) = sqrt(1-sin(2*x));

   CInterral函数 计算的值 = 0.828427

   题目自带的答案:2*Sqrt(2)-2 = 0.828427

   f4(x) = sin(x)/(1+sin(x)+cos(x));

   CInterral函数 计算的值 = 0.438825

   题目自带的答案:[Pi-2*Ln(2)]/4 = 0.438825

   --------------------------------

   Process exited after 0.4932 seconds with return value 0

   请按任意键继续. . .


明显后三题是对的,第1题提供解题的人粗心做错了,看了一下解题过程他有一步忘了 d(2-x)=-1 ,所以少了一个负号:


20210226091203789.png


重新计算正确答案 -2+3*Ln3,与函数值对比正确:

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
#define N 100000
#define E 2.7182818
double func(double x)
{
    return (sin(x)*tan(x)*tan(x))/(3+cos(x))+log(2-x);
}
double Integral(double a, double b, double f(double))
{ 
  double r = 0, d = (b-a)/N;
  for(int i=0; i<N; i++) r+=d * f(a+i*d+d/2);
  return r;
}
int main(void)
{
  cout << "函数的解:" << Integral(-1, 1, func) << endl;
  cout << "正确答案:-2+3*Ln3 = " << -2+3*log(3) << endl;
  return 0;
}
/*
函数的解:1.29584
正确答案:-2+3*Ln3 = 1.29584
--------------------------------
Process exited after 0.7949 seconds with return value 0
请按任意键继续. . .
*/

无意中发现了一个做错的题目,是不是很意外,有点小开森啊 ^_^ ^_^ ^_^

最后我们把精度提高到小数点后16位,切割分数增至1亿,再看测试结果:


#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cmath>
using namespace std;
#define N 100000000
#define E 2.71828182845904523536
#define Pi  3.14159265358979323846
class CIFun {
public:
    double f1(double x){
        return (sin(x)*tan(x)*tan(x))/(3+cos(x))+log(2-x);
    }
    double f2(double x){
        return asin(sqrt(x))/sqrt(x-x*x);
    }
    double f3(double x){
        return sqrt(1-sin(2*x));
    }
    double f4(double x){
        return sin(x)/(1+sin(x)+cos(x));
    }
};
double CIntegral(double a, double b, double (CIFun::*pf)(double))
{ 
  CIFun fn;
  double r = 0, d = (b-a)/N;
  for(int i=0; i<N; i++) r+=d * (fn.*pf)(a+i*d+d/2);
  return r;
}
int main(void)
{
  double result=0;
  result = CIntegral(-1, 1, &CIFun::f1);
  cout << setprecision(16) << result << "<=函数的返回值" <<endl;
  cout << 3*log(3)-2 << "<=答案计算结果:3*ln3-2" << endl << endl;
  result = CIntegral(0.25, 0.75, &CIFun::f2);
  cout << result << "<=函数的返回值" <<endl;
  cout << Pi*Pi/12 << "<=答案计算结果:Pi*Pi/12" << endl << endl;
  result = CIntegral(0, Pi/2, &CIFun::f3);
  cout << result << "<=函数的返回值" << endl;
  cout << 2*sqrt(2)-2 << "<=答案计算结果:2*sqrt(2)-2" << endl << endl;
  result = CIntegral(0, Pi/2, &CIFun::f4);
  cout << result << "<=函数的返回值" << endl;
  cout << 0.25*Pi-0.5*log(2) << "<=答案计算结果:[Pi-2*ln(2)]/4" << endl;
  return 0;
}



测试结果精度能保证到小数点后11位,却以牺牲时间为代价得来的,共计用时约51秒。


   /*

   1.295836866004461<=函数的返回值

   1.295836866004329<=答案计算结果:3*ln3-2

   0.822467033424098<=函数的返回值

   0.8224670334241132<=答案计算结果:Pi*Pi/12

   0.8284271247458824<=函数的返回值

   0.8284271247461903<=答案计算结果:2*sqrt(2)-2

   0.438824573117462<=函数的返回值

   0.4388245731174756<=答案计算结果:[Pi-2*ln(2)]/4

   --------------------------------

   Process exited after 50.96 seconds with return value 0

   请按任意键继续. . .

   */  



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