474 Calcul approché des intégrales définies
Remarque 20.1 L’ordre maximum d’une formule de quadrature à n+ 1 points est 2n+ 1.En
effet en considérant le polynôme Pde degré 2n+ 2 défini par P(x) =
n
Q
k=0
(x−xn,k)2,on a :
Zb
a
P(x)π(x)dx > 0 =
n
X
k=0
λn,kP(xn,k).
On dit qu’une méthode de quadrature définie par une suite de formes linéaires (ϕn)n∈Nest
convergente si pour toute fonction f∈ C (I)la suite (ϕn(f))n∈Nconverge vers ϕ(f).
20.2 La méthode des rectangles à gauche
Pour I= [a, b]intervalle fermé borné, en prenant les points xn,k équidistants dans I, c’est-
à-dire :
xn,k =a+kb−a
n(0 ≤k≤n)
et les coefficients λn,k tous égaux à b−a
npour kcompris entre 0et n−1,le coefficient λn,n
étant nul, on obtient la formule des rectangles à gauche :
Rn(f) = b−a
n
n−1
X
k=0
f(xn,k)
et le cours sur l’intégrale de Riemann nous dit que :
∀f∈ C (I),lim
n→+∞Rn(f) = Zb
a
f(x)dx.
La méthode des rectangles à gauche est donc convergente.
Cette méthode est d’ordre 0.En effet il est clair que Rn(f) = Zb
a
f(x)dx pour fconstante
et pour f(x) = xsur [0,1] ,on a pour tout entier n≥1:
Rn(f) = 1
n
n−1
X
k=0
k
n=n+ 1
2n=1
2+1
2n6=Z1
0
xdx =1
2.
De manière plus générale, en choisissant pour tout entier kcompris entre 0et n−1un réel
ξn,k dans l’intervalle [xn,k, xn,k+1],les sommes de Riemann :
ϕn(f) = b−a
n
n−1
X
k=0
f(ξn,k)
définissent une méthode de quadrature sur C(I)qui est exacte sur l’ensemble des fonctions
constantes et pour toute fonction fdans C(I)on a :
lim
n→+∞ϕn(f) = Zb
a
f(x)dx.
La méthode des rectangles en un point quelconque de [xn,k, xn,k+1]est donc convergente.
Pour fmonotone, on peut facilement obtenir un encadrement de l’erreur d’approximation
pour la méthode des rectangles à gauche.