SPECTRAL METHODS AND QUADRATURES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Classical interpolation quadratures and, in particular, Gaussian quadratures are considered in the context of spectral methods, i.e., methods for solving boundary value problems for linear ODE by expanding them into series over orthogonal (and not only) polynomials. Fourier transforms are shown to play a key role here and allow calculating the required quadratures quite easily. Explicit formulas are given for some quadratures, and their efficiency is compared for high-accuracy computation of integrals. A simple Maple procedure for the Clenshaw–Curtis quadrature is given, and its application to computing the integral yielding the function of the sum of divisors of a natural number is considered.

About the authors

V. P Varin

Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences

Email: varin@keldysh.ru
Moscow, Russia

References

  1. Bailey D.H. et. all. A Comparison of Three High-Precision Quadrature Schemes // Experimental Mathematics. 2005. V. 14. №3. P. 317–329.
  2. Варин В.П. Аппроксимация дифференциальных операторов с учетом граничных условий // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2023. Т. 63. №8. С. 1251–1271.
  3. Варин В.П. Спектральные методы решения дифференциальных и функциональных уравнений // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2024. Т. 64. №5. С. 713–728.
  4. Варин В.П. Специальные решения уравнения Шази // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2017. Т. 57. №2. С. 210–236.
  5. Krylov V.I. Approximate calculation of integrals. New-York, London: Macmillan, 1962.
  6. Wilf H.S. Mathematics for the physical sciences. New-York: Wiley, 1962.
  7. Golub G.H., Welsch J.H. Calculation of Gauss Quadrature Rules // Mathematics of Computation. 1969. V. 23. №106. P. 221–230.
  8. Gantmacher F.R. Application of the Theory of Matrices. New-York: Chelsea Press, 1960.
  9. Bogaert I. Iteration-Free Computation of Gauss–Legendre Quadrature Nodes and Weights // SIAM Journal on Scientific Computing. 2014. V. 36. P. A1008–A1026.
  10. Fejér L. Mechanische Quadraturen mit positiven Cotesschen Zahlen // Math. Z. 1933. V. 37. P. 287–309.
  11. Clenshaw C.W., Curtis A.R. A method for numerical integration on an automatic computer // Numerische Mathematik. 1960. V. 2. P. 197–205.
  12. Варин В.П. Рациональные коэффициенты ортогональных разложений некоторых функций // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2025. Т. 65. №7. С. 1211–1224.
  13. Варин В.П. Спектральные методы полиномиальной интерполяции и аппроксимации // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2025. Т. 65. №2. С. 221–232.
  14. Ahmad Z. Definitely an Integral // Mathematical Monthly. 2002. V. 109. №7. P. 670–671.
  15. Shampine L.F. et. al. Solving Boundary Value Problems for Ordinary Differential Equations in Matlab with bvp4c // (https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/3819-tutorial-on-solving-bvps-with-bvp4c)
  16. Numerical Algorithms Group Inc. NAG FORTRAN 77 Library Manual, Mark 17. (Oxford, UK, 1996).
  17. Lagarias J.C. An elementary problem equivalent to the Riemann hypothesis // Mathematical Monthly. 2002. V. 109. №6. P. 534–543.
  18. Sloane online encyclopedia of integer sequences, (http://oeis.org).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».