Отметим, что погрешность всех рассмотренных нами составных квадратурных формул удовлетворяют неравенству , где , не зависящая от h, а p – целое положительное число.
Определение. Число p называют порядком остаточного члена (погрешности) составной квадратурной формулы.
Для формулы трапеций и формулы прямоугольников p = 2. Для формулы Симпсона p = 4.
Если нам задана формула функции , то мы можем оценить погрешность, используя формулы остаточных членов. Если же формула функции не задана, то можно использовать правило Рунге.
В вычислительной математике есть общее правило: если нам известны два приближенных значения одного и того же точного значения, то модуль разности этих двух приближенных значений, деленный на некоторую константу, является оценкой погрешности вычисления точного значения.
Правило Рунге. Разность результатов, полученных по одной и той же составной квадратурной формуле, до и после удвоения числа элементарных отрезков, можно использовать, чтобы оценить погрешность численного интегрирования.
,
где – значение составной квадратурной формулы для интервалов,
– значение составной квадратурной формулы для интервала,
p – порядок остаточного члена составной квадратурной формулы,
– оценка погрешности численного интегрирования для интервала; .
Для формулы прямоугольников и трапеций
.
Для формулы Симпсона
.
Отметим, что правило Рунге используется и тогда, когда формула задана.
Экстраполяция по Ричардсону. Пусть и – два приближенных значения интеграла , найденных по одной и той же составной квадратурной формуле при числе отрезков n и m (m > n). Тогда более точное приближенное значение этого интеграла можно найти по формуле:
,
где p – порядок остаточного члена выбранной составной квадратурной формулы;
p = 2 для формулы трапеций и формулы прямоугольников;
p = 4 для формулы Симпсона.
Если m = 2n , то .