通过蒙特卡洛法计算对数函数值

文摘   2024-12-17 00:11   四川  

很多函数通常都能用基本初等函数表示出来,因此计算基本初等函数的值就显得尤其重要,然而基本初等函数能直接计算值的就只有整数次的幂函数。其他函数往往要通过无穷级数、无穷乘积、无穷连分式、插值(拉格朗日插值多项式与牛顿插值多项式利用插值多项式计算三角函数值)等特殊的数值方法(数值计算参考书)来计算。事实上,除了一般的数值方法外,还可以用统计学的方法计算,例如蒙特卡洛法(蒙特卡洛法)。下面以对数函数为例说明如何操作。

首先,任意对数函数都可以用自然对数函数表示,即

因此,只需要关注如何计算自然对数即可。而自然对数又可以表示为反比例函数的定积分,即

(不妨设t≥1,当0<t<1时可将ln(t)变为-ln(1/t))。因此,通过数值方法计算出定积分值便可以得到自然对数值。


函数定积分的几何意义就是函数图像下的曲边梯形的面积,定积分的数值计算方法很多,最常见的就是矩形法,即把被积函数下的曲边梯形近似分割成有限个小矩形,将这些小矩形面积相加即可。此处,我们采用蒙特卡洛法来计算。也就是画一个形状规则方便计算面积的封闭平面图形将由曲线

围成的曲边梯形包含在内,然后在封闭图形内生成大量的服从均匀分布的随机点,最后统计出落在曲边梯形内部的点的比例,用这个比例乘以封闭图形的面积,其积就近似等于曲边梯形的面积,也就是定积分,即对数函数ln(x)的值


推荐阅读
泰勒级数与幂级数
柯西积分公式和解析函数的高阶导数
高阶导数与高阶微分
微分与导数
无穷乘积
sinc函数的无穷乘积展开
ζ函数的欧拉乘积式
两个与双阶乘相关的公式
魏尔斯特拉斯分解定理

欢迎到我橱窗逛逛



形貌
不务正业