数値計算例 理論の頁へ 1/(1±x)の種々の展開式へ 1/(1-x)の計算様式へ 1/(1+x)の計算様式へ
収束速度の検証
例として p=2, q=5 即ち 2<x<5 において 1/(1±x) を展開する。次数が高まるほど、あるいは区間の中心
に近いほど誤差が小さくなることが分かる。表の( )内の数値は境界値のため無効であるが、参考に掲げた。
1、1/(1-x)の展開式
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r1) |
2(=p) | (-0.64) | (-1.00) | (0.36) |
2.5 | -0.56 | -0.67 | 0.11 |
3.0 | -0.48 | -0.50 | 0.02 |
3.5 | -0.40 | -0.40 | 0.00 |
4.0 | -0.32 | -0.33 | 0.01 |
4.5 | -0.24 | -0.29 | 0.05 |
5(=q) | (-0.16) | (-0.25) | (0.09) |
1次式について
式(8)により、a10=-2{1+(5+2)/(5+2-2)}/(5+2-2)=-0.96 ,
a11=4/(5+2-2)2=0.16 , となり、
1/(1-x)=-0.96+0.16x+r1 ..........(18)
となる。右表参照。
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r2) |
2(=p) | (-0.784) | (-1.0000) | (0.216) |
2.5 | -0.624 | -0.6667 | 0.0427 |
3.0 | -0.496 | -0.5000 | 0.0040 |
3.5 | -0.4000 | -0.4000 | 0.0000 |
4.0 | -0.336 | -0.3333 | -0.0027 |
4.5 | -0.304 | -0.2857 | -0.0183 |
5(=q) | (-0.304) | (-0.2500) | (-0.0540) |
2次式について
式(10)により、a20=-2[1+(5+2)/(5+2-2)
+{(5+2)/(5+2-2)}2]/(5+2-2)=-1.744 ,
a21=4{1+2(5+2)/(5+2-2)}/(5+2-2)2=0.608 ,
a22=-8/(5+2-2)3=-0.064 となり、
1/(1-x)=-1.744+0.608x-0.064x2+r2 ..........(19)
となる。右表参照。
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r3) |
2(=p) | (-0.8704) | (-1.0000) | (0.1296) |
2.5 | -0.6496 | -0.6667 | 0.0171 |
3.0 | -0.4992 | -0.5000 | 0.0008 |
3.5 | -0.4000 | -0.4000 | 0.0000 |
4.0 | -0.3328 | -0.3333 | 0.0005 |
4.5 | -0.2784 | -0.2857 | 0.0073 |
5(=q) | (-0.2176) | (-0.2500) | (0.0324) |
3次式について
式(12)の各 a3iに p=2, q=5を代入すれば、a30=-2.8416 ,
a31=1.5488 , a32=-0.3328 , a33=0.0256, となるので、
1/(1-x)=-2.8416+1.5488x-0.3328x2+0.0256x3+r3....(20)
となる。右表参照。
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r4) |
2(=p) | (-0.92224) | (-1.0000) | (0.07776) |
2.5 | -0.65984 | -0.66667 | 0.00683 |
3.0 | -0.49984 | -0.50000 | 0.00016 |
3.5 | -0.40000 | -0.40000 | 0.00000 |
4.0 | -0.33344 | -0.33333 | -0.00011 |
4.5 | -0.28864 | -0.28571 | -0.00293 |
5(=q) | (-0.26944) | (-0.25000) | (-0.01944) |
4次式について
式(14)の各 a4iに p=2, q=5を代入すれば、
a40=-4.37824 , a41=3.30496 , a42=-1.08544 ,
a43=0.16896 , a44=-0.01024 となるので、
1/(1-x)=-4.37824+3.30496x-1.08544x2+0.16896x3
-0.01024x4+r4 ..........(21)
となる。右表参照。
2、1/(1+x)の展開式
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r1) |
2(=p) | (0.29630) | (0.33333) | (-0.03704) |
2.5 | 0.27160 | 0.28571 | -0.01411 |
3.0 | 0.24691 | 0.25000 | -0.00309 |
3.5 | 0.22222 | 0.22222 | 0.00000 |
4.0 | 0.19753 | 0.20000 | -0.00247 |
4.5 | 0.17284 | 0.18182 | -0.00898 |
5(=q) | (0.14815) | (0.16667) | (-0.01852) |
1次式について
式(17)により、b10=2{1+(5+2)/(5+2+2)}/(5+2+2)
=0.39506 , b11=-4/(5+2+2)2=-0.04938 , となり、
1/(1+x)=0.39506-0.04938x+r1 ..........(22)
となる。右表参照。
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r2) |
2(=p) | (0.32099) | (0.33333) | (-0.01234) |
2.5 | 0.28258 | 0.28571 | -0.00314 |
3.0 | 0.24966 | 0.25000 | -0.00034 |
3.5 | 0.22222 | 0.22222 | 0.00000 |
4.0 | 0.20027 | 0.20000 | 0.00027 |
4.5 | 0.18381 | 0.18182 | 0.00200 |
5(=q) | (0.17284) | (0.16667) | (0.00617) |
2次式について
式(17)により、b20=2[1+(5+2)/(5+2+2)
+{(5+2)/(5+2+2)}2]/(5+2+2)=0.52949 ,
b21=-4{1+2(5+2)/(5+2+2)}/(5+2+2)2=-0.12620 ,
b22=8/(5+2+2)3=0.01097 となり、
1/(1+x)=0.52949-0.12620x+0.01097x2+r2......(23)
となる。右表参照。
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r3) |
2(=p) | (0.32922) | (0.33333) | (-0.00412) |
2.5 | 0.28502 | 0.28571 | -0.00070 |
3.0 | 0.24996 | 0.25000 | -0.00004 |
3.5 | 0.22222 | 0.22222 | 0.00000 |
4.0 | 0.19997 | 0.20000 | -0.00003 |
4.5 | 0.18137 | 0.18182 | -0.00044 |
5(=q) | (0.16461) | (0.16667) | (-0.00206) |
3次式について
式(17)の各 b3iに p=2, q=5を代入すれば、
b30=0.63405 , b31=-0.21582 , b32=0.03658 ,
b33=-0.00244, となるので、
1/(1+x)=0.63405-0.21582x+0.03658x2
-0.00244x3+r3 ........(24)
となる。右表参照。
x | 級数値 | 真値 | 誤差(r4) |
2(=p) | (0.33196) | (0.33333) | (-0.00137) |
2.5 | 0.28556 | 0.28571 | -0.00015 |
3.0 | 0.25000 | 0.25000 | -0.00000 |
3.5 | 0.22222 | 0.22222 | 0.00000 |
4.0 | 0.20000 | 0.20000 | 0.00000 |
4.5 | 0.18192 | 0.18182 | 0.00010 |
5(=q) | (0.16735) | (0.16667) | (0.00069) |
4次式について
式(17)の各 b4iに p=2, q=5を代入すれば、
b40=0.71537 , b41=-0.30876 , b42=0.07641 ,
b43=-0.01003 , b44=0.00054 となるので、
1/(1+x)=0.71537-0.30876x+0.07641x2-0.01003x3
+0.00054x4+r4 ..........(25)
となる。右表参照。