Calculateur de la Règle de Simpson
Approchez une intégrale avec le calculateur de la méthode de Simpson de MiniWebtool. Choisissez la règle 1/3 ou 3/8 et le nombre de subdivisions, puis examinez les représentations paraboliques, les étapes du calcul et les estimations d’erreur ou de convergence.
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Saisissez f(x), les bornes et n ci-dessous pour obtenir l’estimation par la règle de Simpson 1/3 ou 3/8, avec une estimation de l’erreur, un tableau de convergence et une solution étape par étape.
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Calculateur de la Règle de Simpson
Le Calculateur de la Règle de Simpson est un puissant outil d'intégration numérique qui approxime les intégrales définies en ajustant des courbes paraboliques (règle 1/3) ou des courbes cubiques (règle 3/8) à travers des points d'échantillonnage. Contrairement à la règle des trapèzes qui utilise des lignes droites entre les points, la règle de Simpson capture la courbure de la fonction, offrant une précision de l'ordre O(h⁴) — ce qui en fait l'une des méthodes les plus utilisées en calcul, en ingénierie et en calcul scientifique.
En bref
Le Calculateur de la Règle de Simpson approche une intégrale définie avec la règle 1/3 ou 3/8 et un nombre choisi de sous-intervalles. Il détaille les étapes, illustre les paraboles, compare les méthodes et donne une borne d'erreur.
| Fonctionnalité | Ce que vous obtenez | Idéal pour |
|---|---|---|
| Deux règles | Choisissez la règle 1/3 (paraboles, n pair) ou 3/8 (cubiques, n divisible par 3). Une valeur de n inadéquate est ajustée automatiquement. | Intégrales exigeant un n pair ou multiple de 3 |
| Saisie de fonction | Saisissez f(x) avec polynômes, sin, cos, tan, exp, ln, log, sqrt et les constantes pi et e, ainsi que les bornes a et b. | Intégrales définies sans primitive fermée immédiatement disponible |
| Visualisation interactive | Des segments paraboliques sont dessinés sous la courbe ; survolez-les pour voir les aires. Animez la convergence ou réglez n avec un curseur jusqu'à 50. | Voir comment davantage de sous-intervalles améliorent l'approximation |
| Comparaison des méthodes | Les résultats des règles de Simpson 1/3 et 3/8, des trapèzes et du point milieu sont affichés côte à côte pour la même fonction et les mêmes bornes. | Évaluer la méthode la mieux adaptée |
| Analyse d'erreur | Donne une borne issue de la dérivée quatrième, |E| ≤ (b−a)^5 / (180n^4) × max|f⁽⁴⁾| pour la règle 1/3, ainsi que des estimations de convergence. | Préciser la proximité de l'approximation |
| Étapes détaillées | Une solution complète étape par étape est affichée pour chaque règle avec les coefficients de la formule. | Présenter le calcul en cours de calcul différentiel ou d'analyse numérique |
Caractéristiques principales
Comment utiliser le Calculateur de la Règle de Simpson
- Entrez votre fonction — Tapez une expression mathématique f(x) telle que
x^2,sin(x),exp(-x^2), ou toute combinaison de fonctions supportées. - Définissez les bornes d'intégration — Entrez la borne inférieure (a) et la borne supérieure (b), et choisissez le nombre de sous-intervalles (n).
- Choisissez une règle — Sélectionnez la règle de Simpson 1/3 (nécessite n pair, ajusté automatiquement s'il est impair) ou la règle 3/8 (nécessite n divisible par 3, ajusté automatiquement).
- Cliquez sur Calculer — L'outil calcule l'approximation avec une solution complète étape par étape rendue en MathJax.
- Explorez les résultats — Interagissez avec la visualisation parabolique, examinez les aires par segment, comparez les méthodes et étudiez l'analyse de convergence.
Explication de la Règle de Simpson 1/3
La règle de Simpson 1/3 composée divise [a, b] en n sous-intervalles égaux (n doit être pair) et ajuste une parabole à travers chaque groupe de trois points consécutifs :
$$S_n = \frac{\Delta x}{3} \left[ f(x_0) + 4f(x_1) + 2f(x_2) + 4f(x_3) + 2f(x_4) + \cdots + 4f(x_{n-1}) + f(x_n) \right]$$
où \( \Delta x = \frac{b - a}{n} \). Les coefficients suivent le motif 1, 4, 2, 4, 2, ..., 4, 1. Chaque paire de sous-intervalles utilise un polynôme quadratique qui passe par trois points, capturant la courbure de la fonction bien mieux qu'une interpolation linéaire.
Explication de la Règle de Simpson 3/8
La règle 3/8 utilise une interpolation cubique sur des groupes de trois sous-intervalles (n doit être divisible par 3) :
$$S_{3/8} = \frac{3\Delta x}{8} \left[ f(x_0) + 3f(x_1) + 3f(x_2) + 2f(x_3) + 3f(x_4) + \cdots + f(x_n) \right]$$
Les coefficients suivent le motif 1, 3, 3, 2, 3, 3, 2, ..., 3, 3, 1. Bien que les deux règles atteignent une précision d'ordre O(h⁴), la règle 3/8 est utile lorsque n n'est pas pair.
Comparaison des erreurs
| Méthode | Ordre d'erreur | Borne d'erreur | Exacte pour |
|---|---|---|---|
| Trapèzes | \( O(h^2) \) | \( \frac{(b-a)^3}{12n^2} \max|f''| \) | Fonctions linéaires |
| Simpson 1/3 | \( O(h^4) \) | \( \frac{(b-a)^5}{180n^4} \max|f^{(4)}| \) | Polynômes cubiques et inférieurs |
| Simpson 3/8 | \( O(h^4) \) | \( \frac{(b-a)^5}{80n^4} \max|f^{(4)}| \) | Polynômes cubiques et inférieurs |
Doubler n réduit l'erreur de la règle de Simpson par environ 16×, contre seulement 4× pour la règle des trapèzes. Cela permet à la règle de Simpson de converger beaucoup plus rapidement pour les fonctions lisses.
Quand utiliser chaque règle
- Règle de Simpson 1/3 — Idéale pour la plupart des applications. À utiliser lorsque n est pair (ou peut être rendu pair). C'est la plus précise par évaluation de fonction parmi les trois formules de base de Newton-Cotes.
- Règle de Simpson 3/8 — À utiliser lorsque n est un multiple de 3 mais pas pair. Utile également dans les formules composées pour gérer les nombres impairs de sous-intervalles en combinaison avec la règle 1/3.
- Règle des trapèzes — À préférer lorsque les données sont espacées de manière inégale, que n est impair et petit, ou que la simplicité importe plus que la précision. Également préférable pour les fonctions présentant des discontinuités dans les dérivées supérieures.
Fonctions supportées
Ce calculateur supporte une large gamme de fonctions mathématiques :
- Polynômes :
x^2,x^3 + 2x - 1,x^5 - 3x^3 + 2 - Trigonométrie :
sin(x),cos(x),tan(x),asin(x),acos(x) - Exponentielle/Logarithmique :
exp(x),ln(x),log(x) - Racines :
sqrt(x) - Constantes :
pi,e - Combinaisons :
sin(x)*exp(-x),x^2/(1+x^2),sqrt(1+x^3)
Foire aux questions
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par l'équipe miniwebtool. Mis à jour : 2026-04-05
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