Formules de cubature. Application à l’intégration numérique des équations aux dérivées partielles du second ordre de type hyperbolique

Abstrait

Traduction en anglais du titre

Cubature formulas. Application to the numerical integration of second-order partial differential equations of hyperbolic type

Auteur(s)

D.V. Ionescu
Institutul de Calcul

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Pour citer ce travail

D.V. Ionescu, Formules de cubature. Application à l’intégration numérique des équations aux dérivées partielles du second ordre de type hyperbolique. (French) Mathematica (Cluj) 1 (24) 1959 239–280.

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Mathematica Cluj

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FORMULES DE CUBATURE. APPLICATION À L’INTÉGRATION NUMÉRIQUE DES ÉQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES DU SECOND ORDRE DE TYPE HYPERBOLIQUE

ELENA MOLDOVAN
à Cluj

Dans la première partie de ce travail, nous étudions les formules de cubature

∬Df​𝑑x​𝑑y=S4​[f​(x1,y1)+f​(x1,y2)+f​(x2,y1)+f​(x2,y2)]+R\displaystyle\iint_{D}fdxdy=\frac{S}{4}\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{1},y_{2}\right)+f\left(x_{2},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)\right]+R (1)
∬Df​𝑑x​𝑑y=S​f​(x0,y0)+R\displaystyle\iint_{D}fdxdy=Sf\left(x_{0},y_{0}\right)+R (2)

où DD est le rectangle formé par les droites x=x1,x=x2,y=y1,y=y2x=x_{1},x=x_{2},y=y_{1},y=y_{2}, (x0,y0)\left(x_{0},y_{0}\right) sont les coordonnées du centre du rectangle DD et SS est l’aire du rectangle DD. Nous nous attachons surtout à la détermination du reste de ces formules, que nous mettons sous la forme

R=∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+0​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑yR=\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+0\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy (3)

en supposant que la fonction f​(x,y)f(x,y) ait des dérivées partielles par rapport à xx et à yy, du premier et du second ordre continues dans DD.

Nous déterminons aussi la formule de cubature

∬Df​𝑑x​𝑑y=S2​[f​(x1,y1)+f​(x2,y2)]+R\iint_{D}fdxdy=\frac{S}{2}\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)\right]+R (4)

et nous mettons son reste sous la forme (3). Nous appliquerons cette formule dans la seconde partie de ce travail à l’intégration numérique de l’équation aux dérivées partielles du second ordre de type hyperbolique.

Nous avons obtenu les formules de cubature (1), (2), (4), par une exten. sion de la méthode que J. radon [1] a donné pour obtenir des for. mules de quadrature et que nous avons appliqué d’une façon systhématique [2]. Nous continuons à développer cette méthode et nous donnerons ailleurs d’autres travaux sur les formules de cubature.

Dans la seconde partie de notre travail nous traitons comme application de la première partie, de l’intégration numérique de l’équation aux dérivées partielles

∂2z∂x​∂y=f​(x,y,z,p,q)\frac{\partial^{2}z}{\partial x\partial y}=f(x,y,z,p,q) (5)

où p=∂z∂x,q=∂z∂yp=\frac{\partial z}{\partial x},q=\frac{\partial z}{\partial y} qui admet une intégrale unique z​(x,y)z(x,y) dans le rectangle Δ\Delta formé par les droites x=0,x=λ,y=0,y=μx=0,x=\lambda,y=0,y=\mu et qui est nulle sur les côtés de ce rectangle, situés sur les axes O​x,O​yOx,Oy.

Le problème que nous traiterons est le suivant : déterminer un réseau Γ\Gamma formé par les droites x=xi,y=ykx=x_{i},y=y_{k} où les points xix_{i} et yky_{k} partagent les intervalles (0,λ)(0,\lambda) et (0,μ)(0,\mu) en nn et mm parties égales et chercher un algorithme de calcul pour les nombres zi​k(v),pi​k(v),qi​k(v)z_{ik}^{(v)},p_{ik}^{(v)},q_{ik}^{(v)} de façon que ε\varepsilon étant un nombre positif donné, les valeurs absolues des différences

z​(xi,yk)−zi​k(v),p​(xi,yk)−pi​k(v),q​(xi,yk)−qi​k(v)z\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(v)},p\left(x_{i},y_{k}\right)-p_{ik}^{(v)},q\left(x_{i},y_{k}\right)-q_{ik}^{(v)}

sur les noeuds du réseau Γ\Gamma, soient plus petites que 2​ε2\varepsilon.
Les résultats de ce travail ont été communiqués au Colloque sur la théorie des équations aux dérivées partielles tenu à Bucarest du 21-26 Septembre 1959.

I. FORMULES DE CUBATURE

§. Première formule de cubature

  1. 1.

    Considérons le rectangle DD, défini par les inégalités

x1⩽x⩽x2,y1⩽y⩽y2x_{1}\leqslant x\leqslant x_{2},y_{1}\leqslant y\leqslant y_{2} (1)

et une fonction f​(x,y)f(x,y) ayant des dérivées partielles du premier et du second ordre dans DD. Nous cherchons une formule de cubature pour l’intégrale double

∬Df​(x,y)​𝑑x​𝑑y\iint_{D}f(x,y)dxdy (2)

relativement au rectangle DD. A cet effet, nous allons étendre la méthode donnée par J. radon [1], et que nous avons appliqué dans des noinbreux travaux [2].

Désignons par φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y) les intégrales des équations aux derivées partielles

∂2φ∂x2=α,∂2ψ∂x​∂y=β,∂2θ∂y2=γ,\frac{\partial^{2}\varphi}{\partial x^{2}}=\alpha,\quad\frac{\partial^{2}\psi}{\partial x\partial y}=\beta,\quad\frac{\partial^{2}\theta}{\partial y^{2}}=\gamma, (3)

définies dans le rectangle DD et qui satisfont à des conditions aux limites qui seront précisées plus loin. Dans les seconds membres α,β,γ\alpha,\beta,\gamma sont des constantes qui seront déterminées.

Nous allons transformer les intégrales

∬D∂2φ∂x2​f​𝑑x​𝑑y,∬D∂2ψ∂x​∂y​f​𝑑x​𝑑y,∬D∂2θ∂y2​f​𝑑x​𝑑y\iint_{D}\frac{\partial^{2}\varphi}{\partial x^{2}}fdxdy,\quad\iint_{D}\frac{\partial^{2}\psi}{\partial x\partial y}fdxdy,\iint_{D}\frac{\partial^{2}\theta}{\partial y^{2}}fdxdy (4)

par des intégrations par parties convenables.
1∘1^{\circ}. Nous pouvons écrire

∬D∂2φ∂x2​f​𝑑x​𝑑y=∫y1y2𝑑y​∫x1x2∂∂x​(∂φ∂x​f−φ​∂f∂x)​𝑑x+∬Dφ​∂2f∂x2​𝑑x​𝑑y\iint_{D}\frac{\partial^{2}\varphi}{\partial x^{2}}fdxdy=\int_{y_{1}}^{y_{2}}dy\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{\partial\varphi}{\partial x}f-\varphi\frac{\partial f}{\partial x}\right)dx+\iint_{D}\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}dxdy

et nous aurous

∬D∂2φ∂x2​f​𝑑x​𝑑y\displaystyle\iint_{D}\frac{\partial^{2}\varphi}{\partial x^{2}}fdxdy =∫y1y2[∂φ∂x​(x2,y)​f​(x2,y)−φ​(x2,y)​∂f∂x​(x2,y)]​𝑑y−\displaystyle=\int_{y_{1}}^{y_{2}}\left[\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x_{2},y\right)f\left(x_{2},y\right)-\varphi\left(x_{2},y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{2},y\right)\right]dy- (5)
−∫y1y2[∂φ∂x​(x1,y)​f​(x1,y)−φ​(x1,y)​∂f∂x​(x1,y)]​𝑑y+\displaystyle-\int_{y_{1}}^{y_{2}}\left[\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x_{1},y\right)f\left(x_{1},y\right)-\varphi\left(x_{1},y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{1},y\right)\right]dy+
+∬Dφ​∂2f∂x2​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\iint_{D}\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}dxdy

2∘2^{\circ}. Nous aurons également

∬D∂2θ∂y2​f​𝑑x​𝑑y=∫x1x2𝑑x​∫y1y2∂∂y​(∂θ∂y​f−θ​∂f∂y)​𝑑y+∬Dθ​∂2f∂y2​𝑑x​𝑑y\iint_{D}\frac{\partial^{2}\theta}{\partial y^{2}}fdxdy=\int_{x_{1}}^{x_{2}}dx\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{\partial\theta}{\partial y}f-\theta\frac{\partial f}{\partial y}\right)dy+\iint_{D}\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}dxdy

c’est à dire

∬D∂2θ∂y2​f​𝑑x​𝑑y\displaystyle\iint_{D}\frac{\partial^{2}\theta}{\partial y^{2}}fdxdy =∫x1x2[∂θ∂y​(x,y2)​f​(x,y2)−θ​(x,y2)​∂f∂y​(x,y2)]​𝑑x−\displaystyle=\int_{x_{1}}^{x_{2}}\left[\frac{\partial^{\theta}}{\partial y}\left(x,y_{2}\right)f\left(x,y_{2}\right)-\theta\left(x,y_{2}\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x,y_{2}\right)\right]dx- (6)
−∫x1x2[∂θ∂y​(x,y1)​f​(x,y1)−θ​(x,y1)​∂f∂y​(x,y1)]​𝑑x+\displaystyle-\int_{x_{1}}^{x_{2}}\left[\frac{\partial\theta}{\partial y}\left(x,y_{1}\right)f\left(x,y_{1}\right)-\theta\left(x,y_{1}\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x,y_{1}\right)\right]dx+
+∬Dθ​∂2f∂y2​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\iint_{D}\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}dxdy

3∘3^{\circ}. Nous pouvons écrire

2​∬D∂2ψ∂x​∂y​f​𝑑x​𝑑y\displaystyle 2\iint_{D}\frac{\partial^{2}\psi}{\partial x\partial y}fdxdy =∫x1x2dx∫y1y2∂∂y[∂ψ∂xf−ψ∂f∂x)dy+\displaystyle=\int_{x_{1}}^{x_{2}}dx\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial}{\partial y}\left[\frac{\partial\psi}{\partial x}f-\psi\frac{\partial f}{\partial x}\right)dy+
+∫y1y2𝑑y​∫x1x2∂∂x​(∂ψ∂y​f−ψ​∂f∂y)​𝑑x+2​∬∥ψ​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\int_{y_{1}}^{y_{2}}dy\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{\partial\psi}{\partial y}f-\psi\frac{\partial f}{\partial y}\right)dx+2\iint_{\|}\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy

c’est à dire

Mais

2​∬D∂2ψ∂x​∂y​f​𝑑x​𝑑y\displaystyle 2\iint_{D}\frac{\partial^{2}\psi}{\partial x\partial y}fdxdy =∫x1x2∂ψ∂x​(x,y2)​f​(x,y2)​𝑑x−∫x1x2ψ​(x,y2)​∂f∂x​(x,y2)​𝑑x−\displaystyle=\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)f\left(x,y_{2}\right)dx-\int_{x_{1}}^{x_{2}}\psi\left(x,y_{2}\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)dx-
−∫x1x2∂ψ∂x​(x,y1)​f​(x,y1)​𝑑x+∫x1x2ψ​(x,y1)​∂f∂x​(x,y1)​𝑑x+\displaystyle-\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)f\left(x,y_{1}\right)dx+\int_{x_{1}}^{x_{2}}\psi\left(x,y_{1}\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)dx+
+∫y1y2∂ψ∂y​(x2,y)​f​(x2,y)​𝑑y−∫y1y2ψ​(x2,y)​∂f∂y​(x2,y)​𝑑y−\displaystyle+\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{2},y\right)f\left(x_{2},y\right)dy-\int_{y_{1}}^{y_{2}}\psi\left(x_{2},y\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x_{2},y\right)dy-
−∫y1∂ψ∂y(x1,y)​f​(x1,y)​𝑑y+∫y1y2ψ​(x1,y)​∂f∂y′​(x1,y)​𝑑y+\displaystyle-\int_{y_{1}}^{\frac{\partial\psi}{\partial y}}\left(x_{1},y\right)f\left(x_{1},y\right)dy+\int_{y_{1}}^{y_{2}}\psi\left(x_{1},y\right)\frac{\partial f}{\partial y^{\prime}}\left(x_{1},y\right)dy+
+2​∬Dψ​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y\displaystyle+2\iint_{D}\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy
∫x1x2ψ​(x,y2)​∂f∂x​(x,y2)​𝑑x\displaystyle\int_{x_{1}}^{x_{2}}\psi\left(x,y_{2}\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)dx =ψ​(x2,y2)​f​(x2,y2)−ψ​(x1,y2)​f​(x1,y2)−\displaystyle=\psi\left(x_{2},y_{2}\right)f\left(x_{2},y_{2}\right)-\psi\left(x_{1},y_{2}\right)f\left(x_{1},y_{2}\right)-
−\displaystyle- ∫x1x2∂ψ∂x​(x,y2)​f​(x,y2)​𝑑x\displaystyle\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)f\left(x,y_{2}\right)dx
∫x1x2ψ​(x,y1)​∂f∂x​f​(x,y1)​𝑑x\displaystyle\int_{x_{1}}^{x_{2}}\psi\left(x,y_{1}\right)\frac{\partial f}{\partial x}f\left(x,y_{1}\right)dx =ψ​(x2,y1)​f​(x2,y1)−ψ​(x1,y1)​f​(x1,y1)−\displaystyle=\psi\left(x_{2},y_{1}\right)f\left(x_{2},y_{1}\right)-\psi\left(x_{1},y_{1}\right)f\left(x_{1},y_{1}\right)-
−\displaystyle- ∫x1x2∂ψ∂x​(x,y1)​f​(x,y1)​𝑑x\displaystyle\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)f\left(x,y_{1}\right)dx
∫y1y2ψ​(x2,y)​∂f∂y​(x2,y)​𝑑y=ψ​(x2,y2)​f​(x2,y2)−ψ​(x2,y1)​f​(x2,y1)−−∫y1y2∂ψ∂y​(x2,y)​f​(x2,y)​𝑑y∫y1y2ψ​(x1,y)​∂f∂y​(x1,y)​𝑑y=ψ​(x1,y2)​f​(x1,y2)−ψ​(x1,y1)​f​(x1,y1)−−∫y1y2∂ψ∂y​(x1,y)​f​(x1,y)​𝑑y\begin{gathered}\int_{y_{1}}^{y_{2}}\psi\left(x_{2},y\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x_{2},y\right)dy=\psi\left(x_{2},y_{2}\right)f\left(x_{2},y_{2}\right)-\psi\left(x_{2},y_{1}\right)f\left(x_{2},y_{1}\right)-\\ -\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{2},y\right)f\left(x_{2},y\right)dy\\ \int_{y_{1}}^{y_{2}}\psi\left(x_{1},y\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x_{1},y\right)dy=\psi\left(x_{1},y_{2}\right)f\left(x_{1},y_{2}\right)-\psi\left(x_{1},y_{1}\right)f\left(x_{1},y_{1}\right)-\\ -\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{1},y\right)f\left(x_{1},y\right)dy\end{gathered}

En tenant compte de ces formules, nous aurons

∬D∂2ψ∂x​∂y​f​𝑑x​𝑑y\displaystyle\iint_{D}\frac{\partial^{2}\psi}{\partial x\partial y}fdxdy =−ψ​(x2,y2)​f​(x2,y2)+ψ​(x1,y2)​f​(x1,y2)+\displaystyle=-\psi\left(x_{2},y_{2}\right)f\left(x_{2},y_{2}\right)+\psi\left(x_{1},y_{2}\right)f\left(x_{1},y_{2}\right)+ (7)
+ψ​(x2,y1)​f​(x2,y1)−ψ​(x1,y1)​f​(x1,y1)+\displaystyle+\psi\left(x_{2},y_{1}\right)f\left(x_{2},y_{1}\right)-\psi\left(x_{1},y_{1}\right)f\left(x_{1},y_{1}\right)+
+\displaystyle+ ∫x1x2∂ψ∂x​(x,y2)​f​(x,y2)​𝑑x−∫x1y2∂ψ∂x​(x,y1)​f​(x,y1)​𝑑x+\displaystyle\int_{x_{1}}^{x_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)f\left(x,y_{2}\right)dx-\int_{x_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)f\left(x,y_{1}\right)dx+
+\displaystyle+ ∫y1y2∂ψ∂y​(x2,y)​f​(x2,y)​𝑑y−∫y1y2∂ψ∂y​(x1,y)​f​(x1,y)​𝑑y+\displaystyle\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{2},y\right)f\left(x_{2},y\right)dy-\int_{y_{1}}^{y_{2}}\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{1},y\right)f\left(x_{1},y\right)dy+
+\displaystyle+ ∬Dψ​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y\displaystyle\iint_{D}\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy

Les fonctions φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y) étant les intégrales des équations aux dérivées partielles (3), en ajoutant membre à membre les formules (5), (6) et (7) nous aurons la formule

(α+β+γ)​∬Df​𝑑x​𝑑y\displaystyle(\alpha+\beta+\gamma)\iint_{D}fdxdy =−ψ​(x2,y2)​f​(x2,y2)+ψ​(x1,y2)​f​(x1,y2)+\displaystyle=-\psi\left(x_{2},y_{2}\right)f\left(x_{2},y_{2}\right)+\psi\left(x_{1},y_{2}\right)f\left(x_{1},y_{2}\right)+ (8)
+ψ​(x2,y1)​f​(x2,y1)−ψ​(x1,y1)​f​(x1,y1)−\displaystyle+\psi\left(x_{2},y_{1}\right)f\left(x_{2},y_{1}\right)-\psi\left(x_{1},y_{1}\right)f\left(x_{1},y_{1}\right)-
−∫y1y2φ​(x2,y)​∂f∂x​(x2,y)​𝑑y+∫y1x2φ​(x1,y)​∂f∂x​(x1,y)​𝑑y−\displaystyle-\int_{y_{1}}^{y_{2}}\varphi\left(x_{2},y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{2},y\right)dy+\int_{y_{1}}^{x_{2}}\varphi\left(x_{1},y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{1},y\right)dy-
−∫x1x2θ​(x,y2)​∂f∂y​(x,y2)​𝑑x+∫x1x2θ​(x,y1)​∂f∂y​(x,y1)​𝑑x+\displaystyle-\int_{x_{1}}^{x_{2}}\theta\left(x,y_{2}\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x,y_{2}\right)dx+\int_{x_{1}}^{x_{2}}\theta\left(x,y_{1}\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x,y_{1}\right)dx+
+∫x1x2[∂ψ∂x​(x,y2)+∂θ∂y​(x,y2)]​f​(x,y2)​𝑑x−∫x1x2[∂φ∂x​(x,y1)+∂θ∂y​(x,y1)]​f​(x,y1)​𝑑x++∫y1y2[∂ψ∂y​(x2,y)+∂φ∂x​(x2,y)]​f​(x2,y)​𝑑y−∫y1y2[∂ψ∂y​(x1,y)+∂φ∂x​(x1,y)]​f​(x1,y)​𝑑y++∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+θ​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y.\begin{gathered}+\int_{x_{1}}^{x_{2}}\left[\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)+\frac{\partial\theta}{\partial y}\left(x,y_{2}\right)\right]f\left(x,y_{2}\right)dx-\int_{x_{1}}^{x_{2}}\left[\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)+\frac{\partial\theta}{\partial y}\left(x,y_{1}\right)\right]f\left(x,y_{1}\right)dx+\\ +\int_{y_{1}}^{y_{2}}\left[\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{2},y\right)+\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x_{2},y\right)\right]f\left(x_{2},y\right)dy-\int_{y_{1}}^{y_{2}}\left[\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{1},y\right)+\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x_{1},y\right)\right]f\left(x_{1},y\right)dy+\\ +\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy.\end{gathered}

La formule (8) se réduit à une formule de cubature avec son reste si les fonctions φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y) satisfont aux conditions aux limites suivantes

φ​(x2,y)=0,\displaystyle\varphi\left(x_{2},y\right)=0, φ​(x1,y)=0\displaystyle\varphi\left(x_{1},y\right)=0
θ​(x,y2)=0,\displaystyle\theta\left(x,y_{2}\right)=0, θ​(x,y1)=0\displaystyle\theta\left(x,y_{1}\right)=0
∂ψ∂x(x,y2)+∂0∂yx,y2)=0,\displaystyle\left.\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)+\frac{\partial 0}{\partial y}x,y_{2}\right)=0, ∂ψ∂x​(x,y1)+∂θ∂y​(x,y1)=0\displaystyle\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)+\frac{\partial\theta}{\partial y}\left(x,y_{1}\right)=0 (9)
∂ψ∂y​(x2,y)+∂φ∂x​(x2,y)=0,\displaystyle\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{2},y\right)+\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x_{2},y\right)=0, ∂ψ∂y​(x1,y)+∂φ∂x​(x1,y)=0.\displaystyle\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{1},y\right)+\frac{\partial\varphi}{\partial x}\left(x_{1},y\right)=0.

S’il est possible d’intégrer les équations aux dérivées partielles (3) avec les conditions aux limites (9), on est conduit à la formule de cubature

(α+β+γ)​∬Df​𝑑x​𝑑y=\displaystyle(\alpha+\beta+\gamma)\iint_{D}fdxdy= −ψ​(x2,y2)​f​(x2,y2)+ψ​(x1,y2)​f​(x1,y2)+\displaystyle-\psi\left(x_{2},y_{2}\right)f\left(x_{2},y_{2}\right)+\psi\left(x_{1},y_{2}\right)f\left(x_{1},y_{2}\right)+ (10)
+ψ​(x2,y1)​f​(x2,y1)−ψ​(x1,y1)​f​(x1,y1)+R\displaystyle+\psi\left(x_{2},y_{1}\right)f\left(x_{2},y_{1}\right)-\psi\left(x_{1},y_{1}\right)f\left(x_{1},y_{1}\right)+R

avec son reste

R=∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+θ​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑yR=\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy (11)

La recherche de la formule de cubature (10) est ainsi ramenée à l’intégration des équations aux dérivées partielles (3), avec les conditions aux limites (9). Les nombres α,β,γ\alpha,\beta,\gamma seront déterminés de façon que ce problème soit possible.
2. Déterminons les fonctions φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y). La première équation (3), nous montre que

φ​(x,y)=α2​x2+A1​(y)​x+A2​(y)\varphi(x,y)=\frac{\alpha}{2}x^{2}+A_{1}(y)x+A_{2}(y)

et les conditions φ​(x1,y)=0,φ​(x2,y)=0\varphi\left(x_{1},y\right)=0,\varphi\left(x_{2},y\right)=0, déterminent les fonctions A1​(y)A_{1}(y) et A2​(y)A_{2}(y) ; nous aurons

φ​(x,y)=α2​(x−x1)​(x−x2)\varphi(x,y)=\frac{\alpha}{2}\left(x-x_{1}\right)\left(x-x_{2}\right) (12)

D’une manière analogue, nous aurons

θ​(x,y)=Y2​(y−y1)​(y−y2).\theta(x,y)=\frac{Y}{2}\left(y-y_{1}\right)\left(y-y_{2}\right). (13)

Les autres conditions aux limites (9) deviennent

∂ψ∂x​(x,y1)=γ2​(y2−y1);∂ψ∂y​(x1,y)=α2​(x2−x1)∂ψ∂x​(x,y2)=−γ2​(y2−y1);∂ψ∂y​(x2,y)=−α2​(x2−x1).\begin{array}[]{cc}\frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{1}\right)=\frac{\gamma}{2}\left(y_{2}-y_{1}\right);&\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{1},y\right)=\frac{\alpha}{2}\left(x_{2}-x_{1}\right)\\ \frac{\partial\psi}{\partial x}\left(x,y_{2}\right)=-\frac{\gamma}{2}\left(y_{2}-y_{1}\right);&\frac{\partial\psi}{\partial y}\left(x_{2},y\right)=-\frac{\alpha}{2}\left(x_{2}-x_{1}\right).\end{array}

La seconde équation (3), nous donne

ψ​(x,y)=β​x​y+ψ1​(x)+ψ2​(y)\psi(x,y)=\beta xy+\psi_{1}(x)+\psi_{2}(y)

où ψ1​(x)\psi_{1}(x) et ψ2​(y)\psi_{2}(y) sont des fonctions à déterminer. En écrivant que les conditions (14) sont satisfaites, nous aurons les équations

β​y1+ψ1′​(x)=γ2​(y2−y1);β​x1+ψ2′​(y)=α2​(x2−x1)\displaystyle\beta y_{1}+\psi_{1}^{\prime}(x)=\frac{\gamma}{2}\left(y_{2}-y_{1}\right);\quad\beta x_{1}+\psi_{2}^{\prime}(y)=\frac{\alpha}{2}\left(x_{2}-x_{1}\right)
β​y2+ψ1′​(x)=−γ2​(y2−y1);β​x2+ψ2′​(y)=−α2​(x2−x1),\displaystyle\beta y_{2}+\psi_{1}^{\prime}(x)=-\frac{\gamma}{2}\left(y_{2}-y_{1}\right);\quad\beta x_{2}+\psi_{2}^{\prime}(y)=-\frac{\alpha}{2}\left(x_{2}-x_{1}\right),

qui nous donneront

ψ1′​(x)=γ2​y2−(γ2+β)​y1=γ2​y1−(γ2+β)​y2\displaystyle\psi_{1}^{\prime}(x)=\frac{\gamma}{2}y_{2}-\left(\frac{\gamma}{2}+\beta\right)y_{1}=\frac{\gamma}{2}y_{1}-\left(\frac{\gamma}{2}+\beta\right)y_{2}
ψ2′​(y)=α2​x2−(α2+β)​x1=α2​x1−(α2+β)​x2.\displaystyle\psi_{2}^{\prime}(y)=\frac{\alpha}{2}x_{2}-\left(\frac{\alpha}{2}+\beta\right)x_{1}=\frac{\alpha}{2}x_{1}-\left(\frac{\alpha}{2}+\beta\right)x_{2}.

Pour que ces équations soient possibles nous choisissons les constantes α,β,γ\alpha,\beta,\gamma telles que

γ2=−(γ2+β),α2=−(α2+β),\frac{\gamma}{2}=-\left(\frac{\gamma}{2}+\beta\right),\quad\frac{\alpha}{2}=-\left(\frac{\alpha}{2}+\beta\right),

c’est à dire

α=−β,γ=−β.\alpha=-\beta,\quad\gamma=-\beta.

Pour déterminer complétement α,β,γ\alpha,\beta,\gamma ajoutons l’équation

α+β+γ=1\alpha+\beta+\gamma=1

et nous aurons

α=1,β=−1,γ=1,\alpha=1,\quad\beta=-1,\quad\gamma=1, (15)

d’où il résulte que

ψ1′​(x)=12​(y1+y2),ψ2′​(y)=12​(x1+x2)\psi_{1}^{\prime}(x)=\frac{1}{2}\left(y_{1}+y_{2}\right),\quad\psi_{2}^{\prime}(y)=\frac{1}{2}\left(x_{1}+x_{2}\right)

et par suite

ψ1​(x)+ψ2​(y)=(y1+y2)​x+(x1+x2)​y2+ const. \psi_{1}(x)+\psi_{2}(y)=\frac{\left(y_{1}+y_{2}\right)x+\left(x_{1}+x_{2}\right)y}{2}+\text{ const. }

Nous aurons donc finalement

ψ​(x,y)=−12​[(x−x1)​(y−y2)+(x−x2)​(y−y1)]+C\psi(x,y)=-\frac{1}{2}\left[\left(x-x_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)+\left(x-x_{2}\right)\left(y-y_{1}\right)\right]+C (16)

où CC est une constante arbitraire.
3. Les fonctions φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y) étant determinées par les formules (12), (13), (16) revenons à la formule de cubature (10). Nous avons

ψ​(x1,y1)=C,ψ​(x1,y2)=C+(x2−x1)​(y2−y1)2ψ​(x2,y2)=C,ψ​(x2,y1)=C+(x2−x1)​(y2−y1)2\begin{array}[]{ll}\psi\left(x_{1},y_{1}\right)=C,&\psi\left(x_{1},y_{2}\right)=C+\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\\ \psi\left(x_{2},y_{2}\right)=C,&\psi\left(x_{2},y_{1}\right)=C+\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\end{array}

et la formule (10) devient

∬Uf​𝑑x​𝑑y=−C​[f​(x1,y1)+f​(x2,y2)]+\displaystyle\iint_{U}fdxdy=-C\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)\right]+ (17)
+[C+(x2−x1)​(y2−y1)2]​[f​(x1,y2)+f​(x2,y1)]+R\displaystyle+\left[C+\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\right]\left[f\left(x_{1},y_{2}\right)+f\left(x_{2},y_{1}\right)\right]+R

où le reste RR est donné par la formule

R=∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+θ​∂f2∂y2)​𝑑x​𝑑yR=\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta\frac{\partial f^{2}}{\partial y^{2}}\right)dxdy (18)

Dans la formule (17) le coefficient de la constante arbitraire CC est

∬D∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y−[f​(x1,y1)+f​(x2,y2)−f​(x1,y2)−f​(x2,y1)]\iint_{D}\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy-\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)-f\left(x_{1},y_{2}\right)-f\left(x_{2},y_{1}\right)\right]

et il est nul, de sorte que cette formule se réduit à la formule de cubature
avec

∬Df​𝑑x​𝑑y=(x2−x1)​(y2−y1)2​[f​(x1,y2)+f​(x2,y1)]+\displaystyle\iint_{D}fdxdy=\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\left[f\left(x_{1},y_{2}\right)+f\left(x_{2},y_{1}\right)\right]+ (19)
+∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+θ​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy
φ​(x,y)=12​(x−x1)​(x−x2)\displaystyle\varphi(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{1}\right)\left(x-x_{2}\right)
ψ​(x,y)=−12​[(x−x1)​(y−y2)+(x−x2)​(y−y1)]\displaystyle\psi(x,y)=-\frac{1}{2}\left[\left(x-x_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)+\left(x-x_{2}\right)\left(y-y_{1}\right)\right] (20)
θ​(x,y)=12​(y−y1)​(y−y2)\displaystyle\theta(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)

Mais on peut choisir, dans la formule (17), la constante CC, de façoll que cette formule ait d’autres formes.

Par example, pour C=−(x2−x1)​(y2−y1)2C=-\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}, nous avons la formule de cubature

∬Df​𝑑x​𝑑y=(x2−x1)​(y2−y1)2​[f​(x1,y1)+f​(x2,y2)]+\displaystyle\iint_{D}fdxdy=\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)\right]+ (21)
+∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y′+θ​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y^{\prime}}+\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy

avec

φ​(x,y)=12​(x−x1)​(x−x2)\displaystyle\varphi(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{1}\right)\left(x-x_{2}\right)
ψ​(x,y)=−12​[(x−x1)​(y−y2)+(x−x2)​(y−y1)+(x2−x1)​(y2−y1)]\displaystyle\psi(x,y)=-\frac{1}{2}\left[\left(x-x_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)+\left(x-x_{2}\right)\left(y-y_{1}\right)+\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)\right]
θ​(x,y)=12​(y−y1)​(y−y2)\displaystyle\theta(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)

De même si C=−(x2−x1)​(y2−y1)4C=-\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{4}, nous avons la formule de cubature

∬Uf​𝑑x​𝑑y=\displaystyle\iint_{U}fdxdy= (x2−x1)​(y2−y1)4​[f​(x1,y1)+f​(x2,y2)+f​(x1,y2)+f​(x2,y1)]+\displaystyle\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{4}\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)+f\left(x_{1},y_{2}\right)+f\left(x_{2},y_{1}\right)\right]+ (23)
+∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+θ​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy

avec

φ​(x,y)=12​(x−x1)​(x−x2)\varphi(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{1}\right)\left(x-x_{2}\right)
ψ(x,y)=−12[[(x−x1)(y−y2)+(x−x2)(y−y1)+(x2−x1)​(y2−y1)2]\displaystyle\psi(x,y)=-\frac{1}{2}\left[\left[\left(x-x_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)+\left(x-x_{2}\right)\left(y-y_{1}\right)+\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\right]\right. (24)
θ​(x,y)=12​(y−y1)​(y−y2)\displaystyle\theta(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)
  1. 4.

    On peut discuter le signe des fonctions φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y) dans les formules de cubature (19), (21) et (23) dans DD.

Dans la formule (19) nous avons φ​(x,y)<0,θ​(x,y)<0,ψ​(x,y)>0\varphi(x,y)<0,\theta(x,y)<0,\psi(x,y)>0 dans DD.

Par contre dans la formule (21), nous avons φ​(x,y)<0,θ​(x,y)<0\varphi(x,y)<0,\theta(x,y)<0, ψ​(x,y)<0\psi(x,y)<0 dans DD. En effet, si nous faisons dans la seconde formule (22) le changement de variables

x=x1+x22+ξ,y=y1+y22+η,λ=x2−x12,μ=y2−y12x=\frac{x_{1}+x_{2}}{2}+\xi,y=\frac{y_{1}+y_{2}}{2}+\eta,\lambda=\frac{x_{2}-x_{1}}{2},\quad\mu=\frac{y_{2}-y_{1}}{2}

nous aurons
nous aurons

(x−x1)​(y−y2)+(x−x2)​(y−y1)+(x2−x1)​(y2−y1)=2​(ξη+λμ)\left(x-x_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)+\left(x-x_{2}\right)\left(y-y_{1}\right)+\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)=2\left(\xi_{\eta}+\lambda_{\mu}\right)

et dans le rectangle DD, nous avons |ξ|<λ,|η|<μ|\xi|<\lambda,|\eta|<\mu, de sorte que le nombre ξ​η+λ​μ\xi\eta+\lambda\mu est positif et par suite ψ​(x,y)<0\psi(x,y)<0 dans DD.

Dans la formule de cubature (23), la fonction ψ​(x,y)\psi(x,y) change de signe dans le rectangle DD. En effet d’après les calculs précédents, nous avons

(x−x1)​(y−y2)+(x−x2)​(y−y1)+(x2−x1)​(y2−y1)2=2​ξη\left(x-x_{1}\right)\left(y-y_{2}\right)+\left(x-x_{2}\right)\left(y-y_{1}\right)+\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}=2\xi_{\eta}

et par suite la fonction ψ​(x,y)\psi(x,y) change de signe dans le rectangle DD.
5. Dans le second chapitre nous ferons une application importante de la formule de cubature (21). Pour cette formule nous allons donner une evaluation de |R||R|.

Nous remarquons d’abord que les fonctions φ​(x,y),ψ​(x,y),θ​(x,y)\varphi(x,y),\psi(x,y),\theta(x,y) de cette formule étant négatives dans DD, nous pouvons employer le théorème de la moyenne et nous aurons

R=∂2f∂x2​(P1)​∬Dφ​𝑑x​𝑑y+∂2f∂x​∂y​(P2)​∬Dψ​𝑑x​𝑑y+∂2f∂y2​(P3)​∬Dθ​𝑑x​𝑑yR=\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}\left(P_{1}\right)\iint_{D}\varphi dxdy+\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}\left(P_{2}\right)\iint_{D}\psi dxdy+\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\left(P_{3}\right)\iint_{D}\theta dxdy

où P1,P2,P3P_{1},P_{2},P_{3} sont certains points du rectangle RR.
Nous avons

∬Dφ​𝑑x​𝑑y=−(x2−x1)3​(y2−y1)12,∬Dψ​𝑑x​𝑑y=−(x2−x1)2​(y2−y1)24∬Dθ​𝑑x​𝑑y=−(x2−x1)​(y2−y1)312\begin{gathered}\iint_{D}\varphi dxdy=-\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)^{3}\left(y_{2}-y_{1}\right)}{12},\iint_{D}\psi dxdy=-\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)^{2}\left(y_{2}-y_{1}\right)^{2}}{4}\\ \iint_{D}\theta dxdy=-\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)^{3}}{12}\end{gathered}

et par suite la formule précédente devient
R=−(x2−x1)​(y2−y1)12[(x2−x1)2∂2f∂x2(P1)+3(x2−x1)(y2−y1)∂2f∂x​∂y(P2)+R=-\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{12}\left[\left(x_{2}-x_{1}\right)^{2}\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}\left(P_{1}\right)+3\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}\left(P_{2}\right)+\right.

+(y2−y1)2∂2f∂y2(P3)]\left.+\left(y_{2}-y_{1}\right)^{2}\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\left(P_{3}\right)\right] (25)

Si nous désignons par M2M_{2} une borne supérieure de |∂2f∂x2|,|∂2f∂x​∂y2|,|∂2f∂y2|\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}\right|,\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y^{2}}\right|,\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right|, dans DD, nous aurons l’évaluation suivante de la valeur absolue du reste RR de la formule de cubature (21).

|R|⩽S12​[(x2−x1)2+3​(x2−x1)​(y2−y1)+(y2−y1)2]​M2|R|\leqslant\frac{S}{12}\left[\left(x_{2}-x_{1}\right)^{2}+3\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)+\left(y_{2}-y_{1}\right)^{2}\right]M_{2} (26)

où SS est l’aire du rectangle DD.

§ 2. Seconde formule de cubature

(1)
6. Considérons le rectangle DD défini par les inégalités

x0−h⩽x⩽x0+h,y0−k⩽y⩽y0+kx_{0}-h\leqslant x\leqslant x_{0}+h\quad,\quad y_{0}-k\leqslant y\leqslant y_{0}+k

Nous allons déterminer le reste de la formule de cubature
(2)

∬Df​(x,y)​𝑑x​𝑑y=4​h​k​f​(x0,y0)+R\iint_{D}f(x,y)dxdy=4hkf\left(x_{0},y_{0}\right)+R

en supposant que la fonction f​(x,y)f(x,y) ait des dérivées partielles du premer et du second ordre continues dans DD.

Désignons par D1,D2,D3,D4D_{1},D_{2},D_{3},D_{4}, les rectangles définis par les inégalités
(3)
(D1)x0⩽x⩽x0+h\left(D_{1}\right)\quad x_{0}\leqslant x\leqslant x_{0}+h,
y0⩽y⩽y0+ky_{0}\leqslant y\leqslant y_{0}+k
(D2)x0−h⩽x⩽x0\left(D_{2}\right)\quad x_{0}-h\leqslant x\leqslant x_{0}\quad,
y0⩽y⩽y0+ky_{0}\leqslant y\leqslant y_{0}+k
(D3)x0−h⩽x⩽x0\left(D_{3}\right)\quad x_{0}-h\leqslant x\leqslant x_{0}
y0−k⩽y⩽y0y_{0}-k\leqslant y\leqslant y_{0}
(D4)x0⩽x⩽x0+h\left(D_{4}\right)\quad x_{0}\leqslant x\leqslant x_{0}+h,
y0−k⩽y⩽y0y_{0}-k\leqslant y\leqslant y_{0}.

A ces rectangles nous attachons les fonctions et les nombres suivants

φ1​(x,y),ψ1​(x,y),θ1​(x,y);α1,β1,γ1φ2​(x,y),ψ2​(x,y),θ2​(x,y);α2,β2,γ2φ3​(x,y),ψ3​(x,y),θ3​(x,y);α3.β3,γ3φ4​(x,y),ψ4​(x,y),θ4​(x,y);α4,β4,γ4,\begin{array}[]{llllll}\varphi_{1}(x,y),&\psi_{1}(x,y),&\theta_{1}(x,y);&\alpha_{1},&\beta_{1},&\gamma_{1}\\ \varphi_{2}(x,y),&\psi_{2}(x,y),&\theta_{2}(x,y);&\alpha_{2},&\beta_{2},&\gamma_{2}\\ \varphi_{3}(x,y),&\psi_{3}(x,y),&\theta_{3}(x,y);&\alpha_{3}.&\beta_{3},&\gamma_{3}\\ \varphi_{4}(x,y),&\psi_{4}(x,y),&\theta_{4}(x,y);&\alpha_{4},&\beta_{4},&\gamma_{4},\end{array}

telles que

∂2φ1∂x2=α1,∂2ψ1∂x​∂y=β1,∂2θ1∂y2=γ1∂2φ2∂x2=α2,∂2ψ2∂x​∂y=β2,∂2θ2∂y2=γ2∂2φ3∂x2=α3,∂2ψ3∂x​∂y=β3,∂2θ3∂y2=γ3∂2φ4∂x2=α1,∂2ψ4∂x​∂y=β4,∂2θ4∂y2=γ4\begin{array}[]{lll}\frac{\partial^{2}\varphi_{1}}{\partial x^{2}}=\alpha_{1},&\frac{\partial^{2}\psi_{1}}{\partial x\partial y}=\beta_{1},&\frac{\partial^{2}\theta_{1}}{\partial y^{2}}=\gamma_{1}\\ \frac{\partial^{2}\varphi_{2}}{\partial x^{2}}=\alpha_{2},&\frac{\partial^{2}\psi_{2}}{\partial x\partial y}=\beta_{2},&\frac{\partial^{2}\theta_{2}}{\partial y^{2}}=\gamma_{2}\\ \frac{\partial^{2}\varphi_{3}}{\partial x^{2}}=\alpha_{3},&\frac{\partial^{2}\psi_{3}}{\partial x\partial y}=\beta_{3},&\frac{\partial^{2}\theta_{3}}{\partial y^{2}}=\gamma_{3}\\ \frac{\partial^{2}\varphi_{4}}{\partial x^{2}}=\alpha_{1},&\frac{\partial^{2}\psi_{4}}{\partial x\partial y}=\beta_{4},&\frac{\partial^{2}\theta_{4}}{\partial y^{2}}=\gamma_{4}\end{array}

A chaque rectangle D1,D2,D3,D4D_{1},D_{2},D_{3},D_{4} nous appliquons la formule (8) du § 1. Nous aurons
(5)
(α1+β1+γ1)∬D1f(x,y)dxdy=−ψ1(x0+h,y0+k)f(x0+h,y0+k)++ψ1(x0,y0+k)f(x0,y0+k)+ψ1(x0+h,y0)f(x0+h,y0)−ψ1(x0,y0)f(x0,y0)−\left(\alpha_{1}+\beta_{1}+\gamma_{1}\right)\iint_{D_{1}}f(x,y)dxdy=-\psi_{1}\left(x_{0}+h,y_{0}+k\right)f\left(x_{0}+h,y_{0}+k\right)++\psi_{1}\left(x_{0},y_{0}+k\right)f\left(x_{0},y_{0}+k\right)+\psi_{1}\left(x_{0}+h,y_{0}\right)f\left(x_{0}+h,y_{0}\right)-\psi_{1}\left(x_{0},y_{0}\right)f\left(x_{0},y_{0}\right)-

−∫y0y0+kφ1​(x0+h,y)​∂f∂x​(x0+h,y)​𝑑y+∫y0y0+kφ1​(x0,y)​∂f∂x​(x0,y)​𝑑y−\displaystyle-\int_{y_{0}}^{y_{0}+k}\varphi_{1}\left(x_{0}+h,y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{0}+h,y\right)dy+\int_{y_{0}}^{y_{0}+k}\varphi_{1}\left(x_{0},y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{0},y\right)dy-
−∫x0x0+hθ1​(x,y0+k)​∂f∂x​(x,y0+k)​𝑑x+∫x0x0+hθ1​(x,y0)​∂f∂y​(x,y0)​𝑑x+\displaystyle-\int_{x_{0}}^{x_{0}+h}\theta_{1}\left(x,y_{0}+k\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x,y_{0}+k\right)dx+\int_{x_{0}}^{x_{0}+h}\theta_{1}\left(x,y_{0}\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)dx+

(6)

+∫x0x0+h[∂ψ1∂x​(x,y0+k)+∂θ1∂y​(x,y0+k)]​f​(x,y0+k)​𝑑x−−∫x9x0+h[∂ψ1∂x​(x,y0)+∂θ1∂y​(x,y0)]​f​(x,y0)​𝑑x++∫y0y0+k[∂ψ1∂y​(x0+h,y)+∂φ1∂x​(x0+h,y)]​f​(x0+h,y)​𝑑y−−∫y0y0+k[∂ψ1∂y​(x0,y)+∂φ1∂x​(x0,y)]​f​(x0,y)​𝑑y++∬D1(φ1​∂2f∂x2+ψ1​∂2f∂x​∂y+θ1​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y(α2+β2+γ2)​∫D2f​(x,y)=−ψ2​(x0,y0+k)​f​(x0,y0+k)++ψ2​(x0−h,y0+k)​f​(x0−h,y0+k)++ψ2​(x0,y0)​f​(x0,y0)−ψ2​(x0−h,y0)​f​(x0−h,y0)−−∫y0y0+kφ2​(x0,y)​∂f∂x​(x0,y)​𝑑y+∫y0x0+kφ2​(x0−h,y)​∂f∂x​(x0−h,y)​𝑑y−−∫x0−hx0θ2​(x,y0+k)​∂f2∂y​(x,y0+k)​𝑑x+∫x0−kx0θ2​(x,y0)​∂f∂y​(x,y0)​𝑑x++∫x0−h[∂ψ2∂x​(x,y0+k)+∂θ2∂y​(x,y0+k)]​f​(x,y0+k)​𝑑x−−∫x0−hx0[∂ψ2∂x​(x,y0)+∂θ2∂y​(x,y0)]​f​(x,y0)​𝑑x++∫y0+k[∂ψ2∂x​(x0,y)+∂φ2∂x​(x0,y)]​f​(x0,y)​𝑑y−−∫y0y0+k[∂ψ2∂y​(x0−h,y)+∂φ2∂x​(x0−h,y)]​f​(x0−h,y)​𝑑y+\begin{gathered}+\int_{x_{0}}^{x_{0}+h}\left[\frac{\partial\psi_{1}}{\partial x}\left(x,y_{0}+k\right)+\frac{\partial\theta_{1}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)\right]f\left(x,y_{0}+k\right)dx-\\ -\int_{x_{9}}^{x_{0}+h}\left[\frac{\partial\psi_{1}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\theta_{1}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)\right]f\left(x,y_{0}\right)dx+\\ +\int_{y_{0}}^{y_{0}+k}\left[\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0}+h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{1}}{\partial x}\left(x_{0}+h,y\right)\right]f\left(x_{0}+h,y\right)dy-\\ -\int_{y_{0}}^{y_{0}+k}\left[\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\varphi_{1}}{\partial x}\left(x_{0},y\right)\right]f\left(x_{0},y\right)dy+\\ +\iint_{D_{1}}\left(\varphi_{1}\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi_{1}\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta_{1}\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy\\ \left(\alpha_{2}+\beta_{2}+\gamma_{2}\right)\int_{D_{2}}f(x,y)=-\psi_{2}\left(x_{0},y_{0}+k\right)f\left(x_{0},y_{0}+k\right)+\\ +\psi_{2}\left(x_{0}-h,y_{0}+k\right)f\left(x_{0}-h,y_{0}+k\right)+\\ +\psi_{2}\left(x_{0},y_{0}\right)f\left(x_{0},y_{0}\right)-\psi_{2}\left(x_{0}-h,y_{0}\right)f\left(x_{0}-h,y_{0}\right)-\\ -\int_{y_{0}}^{y_{0}+k}\varphi_{2}\left(x_{0},y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{0},y\right)dy+\int_{y_{0}}^{x_{0}+k}\varphi_{2}\left(x_{0}-h,y\right)\frac{\partial f}{\partial x}\left(x_{0}-h,y\right)dy-\\ -\int_{x_{0}-h}^{x_{0}}\theta_{2}\left(x,y_{0}+k\right)\frac{\partial f_{2}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)dx+\int_{x_{0}-k}^{x_{0}}\theta_{2}\left(x,y_{0}\right)\frac{\partial f}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)dx+\\ +\int_{x_{0}-h}\left[\frac{\partial\psi_{2}}{\partial x}\left(x,y_{0}+k\right)+\frac{\partial\theta_{2}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)\right]f\left(x,y_{0}+k\right)dx-\\ -\int_{x_{0}-h}^{x_{0}}\left[\frac{\partial\psi_{2}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\theta_{2}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)\right]f\left(x,y_{0}\right)dx+\\ +\int_{y_{0}+k}\left[\frac{\partial\psi_{2}}{\partial x}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\varphi_{2}}{\partial x}\left(x_{0},y\right)\right]f\left(x_{0},y\right)dy-\\ -\int_{y_{0}}^{y_{0}+k}\left[\frac{\partial\psi_{2}}{\partial y}\left(x_{0}-h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{2}}{\partial x}\left(x_{0}-h,y\right)\right]f\left(x_{0}-h,y\right)dy+\end{gathered}
+∫x0x0+h[∂ψ4∂x​(x,y0)+∂θ4∂y​(x,y0)]​f​(x,y0)​𝑑x−−∫y0x0+h[∂ψ4∂x​(x,y0−k)+∂θ4∂y​(x,y0−k)]​f​(x,y0−k)​𝑑x−−∫y0−ky0[∂ψ1∂y​(x0+h,y)+∂φ4∂x​(x0+h,y)]​f​(x0+h,y)​𝑑y++∫y0−ky0−k[∂ψ4∂y​(x0,y)+∂φ4∂y​(x0,y)]​f​(x0,y)​𝑑y++∬I4(φ4​∂2f∂x2+ψ4​∂2f∂x​∂y+θ4​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y\begin{gathered}+\int_{x_{0}}^{x_{0}+h}\left[\frac{\partial\psi_{4}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\theta_{4}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)\right]f\left(x,y_{0}\right)dx-\\ -\int_{y_{0}}^{x_{0}+h}\left[\frac{\partial\psi_{4}}{\partial x}\left(x,y_{0}-k\right)+\frac{\partial\theta_{4}}{\partial y}\left(x,y_{0}-k\right)\right]f\left(x,y_{0}-k\right)dx-\\ -\int_{y_{0}-k}^{y_{0}}\left[\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0}+h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{4}}{\partial x}\left(x_{0}+h,y\right)\right]f\left(x_{0}+h,y\right)dy+\\ +\int_{y_{0}-k}^{y_{0}-k}\left[\frac{\partial\psi_{4}}{\partial y}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\varphi_{4}}{\partial y}\left(x_{0},y\right)\right]f\left(x_{0},y\right)dy+\\ +\iint_{I_{4}}\left(\varphi_{4}\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi_{4}\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta_{4}\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy\end{gathered}

Ajoutons membre à membre les formules (5), (6), (7) et (8) et imposons des conditions aux limites, pour que la nouvelle formule soit de la forme
(2). Nous supposons d’abord que les constantes αi,βi,γi\alpha_{i},\beta_{i},\gamma_{i} soient telles que
(9) α1+β1+γ1=α2+β2+γ2=α3+β3+γ3=α4+β4+α4=λ\alpha_{1}+\beta_{1}+\gamma_{1}=\alpha_{2}+\beta_{2}+\gamma_{2}=\alpha_{3}+\beta_{3}+\gamma_{3}=\alpha_{4}+\beta_{4}+\alpha_{4}=\lambda

Les conditions aux limites seront les suivantes

ψ1​(x0+h,y0+k)=0,\displaystyle\psi_{1}\left(x_{0}+h,y_{0}+k\right)=0, ψ2​(x0−h,y0+k)=0\displaystyle\psi_{2}\left(x_{0}-h,y_{0}+k\right)=0 (1)
ψ3​(x0−h,y0−k)=0,\displaystyle\psi_{3}\left(x_{0}-h,y_{0}-k\right)=0, ψ4​(x0+h,y0−k)=0\displaystyle\psi_{4}\left(x_{0}+h,y_{0}-k\right)=0
ψ1​(x0,y0+k)−ψ2​(x0,y0+k)=0,\displaystyle\psi_{1}\left(x_{0},y_{0}+k\right)-\psi_{2}\left(x_{0},y_{0}+k\right)=0, ψ2​(x0−h,y0)−ψ3​(x0−h,y0)=0\displaystyle\psi_{2}\left(x_{0}-h,y_{0}\right)-\psi_{3}\left(x_{0}-h,y_{0}\right)=0 (2)
ψ3​(x0,y0−k)−ψ4​(x0,y0−k)=0,\displaystyle\psi_{3}\left(x_{0},y_{0}-k\right)-\psi_{4}\left(x_{0},y_{0}-k\right)=0, ψ4​(x0+h,y0)−ψ1​(x0+h,y0)=0\displaystyle\psi_{4}\left(x_{0}+h,y_{0}\right)-\psi_{1}\left(x_{0}+h,y_{0}\right)=0
φ1​(x0+h,y)=0,\displaystyle\varphi_{1}\left(x_{0}+h,y\right)=0, θ1​(x,y0+k)=0\displaystyle\theta_{1}\left(x,y_{0}+k\right)=0
φ2​(x0−h,y)=0,\displaystyle\varphi_{2}\left(x_{0}-h,y\right)=0, θ2​(x,y0+k)=0\displaystyle\theta_{2}\left(x,y_{0}+k\right)=0 (3)
φ3​(x0−h,y)=0,\displaystyle\varphi_{3}\left(x_{0}-h,y\right)=0, θ3​(x,y0−k)=0\displaystyle\theta_{3}\left(x,y_{0}-k\right)=0
φ4​(x0+h,y)=0,\displaystyle\varphi_{4}\left(x_{0}+h,y\right)=0, θ4​(x,y0−k)=0\displaystyle\theta_{4}\left(x,y_{0}-k\right)=0
φ1​(x0,y)−φ2​(x0,y)=0,\displaystyle\varphi_{1}\left(x_{0},y\right)-\varphi_{2}\left(x_{0},y\right)=0, θ1​(x,y0)−θ4​(x,y0)=0\displaystyle\theta_{1}\left(x,y_{0}\right)-\theta_{4}\left(x,y_{0}\right)=0 (4)
θ2​(x,y0)−θ3​(x,y0)=0,\displaystyle\theta_{2}\left(x,y_{0}\right)-\theta_{3}\left(x,y_{0}\right)=0, φ3​(x0,y)−φ4​(x0,y)=0\displaystyle\varphi_{3}\left(x_{0},y\right)-\varphi_{4}\left(x_{0},y\right)=0
∂ψ1∂x​(x,y0+k)+∂θ1∂y​(x,y0+k)=0,\displaystyle\frac{\partial\psi_{1}}{\partial x}\left(x,y_{0}+k\right)+\frac{\partial\theta_{1}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)=0, ∂ψ2∂x​(x,y0+k)+∂θ2∂y​(x,y0+k)=0\displaystyle\frac{\partial\psi_{2}}{\partial x}\left(x,y_{0}+k\right)+\frac{\partial\theta_{2}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)=0
∂ψ2∂y​(x0−h,y)+∂φ2∂x​(x0−h,y)=0,\displaystyle\frac{\partial\psi_{2}}{\partial y}\left(x_{0}-h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{2}}{\partial x}\left(x_{0}-h,y\right)=0, ∂ψ3∂y​(x0−h,y)+∂φ3∂x​(x0−h,y)=0\displaystyle\frac{\partial\psi_{3}}{\partial y}\left(x_{0}-h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{3}}{\partial x}\left(x_{0}-h,y\right)=0 (5)
∂ψ3∂x​(x,y0−k)+∂θ3∂y​(x,y0−k)=0,\displaystyle\frac{\partial\psi_{3}}{\partial x}\left(x,y_{0}-k\right)+\frac{\partial\theta_{3}}{\partial y}\left(x,y_{0}-k\right)=0, ∂ψ4∂x​(x,y0−k)+∂θ4∂y​(x,y0−k)=0\displaystyle\frac{\partial\psi_{4}}{\partial x}\left(x,y_{0}-k\right)+\frac{\partial\theta_{4}}{\partial y}\left(x,y_{0}-k\right)=0
∂ψ4∂y​(x0+h,y)+∂φ4∂x​(x0+h,y)=0,\displaystyle\frac{\partial\psi_{4}}{\partial y}\left(x_{0}+h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{4}}{\partial x}\left(x_{0}+h,y\right)=0, ∂ψ1∂y​(x0+h,y)+∂φ1∂x​(x0+h,y)=0\displaystyle\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0}+h,y\right)+\frac{\partial\varphi_{1}}{\partial x}\left(x_{0}+h,y\right)=0
−∂ψ1∂y​(x0,y)−∂φ1∂x​(x0,y)+∂ψ2∂y​(x0,y)+∂φ2∂x​(x0,y)=0\displaystyle-\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0},y\right)-\frac{\partial\varphi_{1}}{\partial x}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\psi_{2}}{\partial y}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\varphi_{2}}{\partial x}\left(x_{0},y\right)=0
−∂ψ1∂x​(x,y0)−∂θ1∂y​(x,y0)+∂ψ4∂x​(x,y0)+∂θ4∂y​(x,y0)=0\displaystyle-\frac{\partial\psi_{1}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)-\frac{\partial\theta_{1}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\psi_{4}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\theta_{4}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)=0
−∂ψ2∂x​(x,y0)−∂θ2∂y​(x,y0)+∂ψ3∂x​(x,y0)+∂θ3∂y​(x,y0)=0\displaystyle-\frac{\partial\psi_{2}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)-\frac{\partial\theta_{2}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\psi_{3}}{\partial x}\left(x,y_{0}\right)+\frac{\partial\theta_{3}}{\partial y}\left(x,y_{0}\right)=0
−∂ψ4∂y′​(x0,y)−∂φ4∂x​(x0,y)+∂ψ3∂y​(x0,y)+∂φ3y​x​(x0,y)=0\displaystyle-\frac{\partial\psi_{4}}{\partial y^{\prime}}\left(x_{0},y\right)-\frac{\partial\varphi_{4}}{\partial x}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\psi_{3}}{\partial y}\left(x_{0},y\right)+\frac{\partial\varphi_{3}}{yx}\left(x_{0},y\right)=0

On obtient ainsi la formule de cubature

λ​∬Df​(x,y)​𝑑x​𝑑y=\displaystyle\lambda\iint_{D}f(x,y)dxdy= (11)
=[−ψ1​(x0,y0)+ψ2​(x0,y0)−ψ3​(x0,y0)+ψ4​(x0,y0)]​f​(x0,y0)+R,\displaystyle=\left[-\psi_{1}\left(x_{0},y_{0}\right)+\psi_{2}\left(x_{0},y_{0}\right)-\psi_{3}\left(x_{0},y_{0}\right)+\psi_{4}\left(x_{0},y_{0}\right)\right]f\left(x_{0},y_{0}\right)+R,

où le reste RR est donné par la formule

R=∬U(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+0​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑yR=\iint_{U}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+0\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy (12)

les fonctions φ,ψ​,0\varphi,\psi,0 étant égales à φ1,ψ1,θ1\varphi_{1},\psi_{1},\theta_{1} dans D1D_{1} à φ2,ψ2,θ2\varphi_{2},\psi_{2},\theta_{2} dans D2D_{2}, à φ3,ψ3,θ3\varphi_{3},\psi_{3},\theta_{3} dans D3D_{3}, et à φ4,ψ4,θ4\varphi_{4},\psi_{4},\theta_{4} dans D4D_{4}.

La recherche de la formule de cubature (11) est ainsi ramenée à l’intégration des équations aux dérivées partielles (4) avec les conditions aux limites (10). Les constantes αi,βi,γi\alpha_{i},\beta_{i},\gamma_{i} seront déterminées de façon que ce problème soit possible.
7. Nous allons maintenant déterminer les fonctions φi,ψi,θi\varphi_{i},\psi_{i},\theta_{i} et les nombres αi,βi,γi\alpha_{i},\beta_{i},\gamma_{i}.

Intégrons d’abord les équations
où le
(12)
L Les sob n

∂2φ1∂x2=α1,∂2φ2∂x2=α2\displaystyle\frac{\partial^{2}\varphi_{1}}{\partial x^{2}}=\alpha_{1},\quad\frac{\partial^{2}\varphi_{2}}{\partial x^{2}}=\alpha_{2}
en tenant compte des conditions aux limites
φ1​(x0+h,y)=0,φ2​(x0−h,y)=0\displaystyle\varphi_{1}\left(x_{0}+h,y\right)=0,\varphi_{2}\left(x_{0}-h,y\right)=0
φ1​(x0,y)−φ2​(x0,y)=0\displaystyle\varphi_{1}\left(x_{0},y\right)-\varphi_{2}\left(x_{0},y\right)=0
Nous aurons φ1​(x,y)=α12​x2+A1​(y)​x+B1​(y)φ2​(x,y)=α22​x2+A2​(y)​x+B2​(y)0=α12​(x0+h)2+A1​(y)​(x0+h)+B1​(y)\displaystyle\text{ Nous aurons }\quad\begin{aligned} \varphi_{1}(x,y)&=\frac{\alpha_{1}}{2}x^{2}+A_{1}(y)x+B_{1}(y)\\ \varphi_{2}(x,y)&=\frac{\alpha_{2}}{2}x^{2}+A_{2}(y)x+B_{2}(y)\\ 0&=\frac{\alpha_{1}}{2}\left(x_{0}+h\right)^{2}+A_{1}(y)\left(x_{0}+h\right)+B_{1}(y)\end{aligned}
0=α22​(x0−h)2+A2​(y)​(x0−h)+B2​(y),0=\frac{\alpha_{2}}{2}\left(x_{0}-h\right)^{2}+A_{2}(y)\left(x_{0}-h\right)+B_{2}(y),

d’où il résulte que

φ1​(x,y)=(x−x0−h)​[α12​(x+x0+h)+A1​(y)]\displaystyle\varphi_{1}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{\alpha_{1}}{2}\left(x+x_{0}+h\right)+A_{1}(y)\right]
φ2​(x,y)=(x−x0+h)​[α22​(x+x0−h)+A2​(y)].\displaystyle\varphi_{2}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{\alpha_{2}}{2}\left(x+x_{0}-h\right)+A_{2}(y)\right].

La condition φ1​(x0,y)−φ2​(x0,y)=0\varphi_{1}\left(x_{0},y\right)-\varphi_{2}\left(x_{0},y\right)=0, nous donne l’équation

(α1+α2)​x0+h2​(α1−α2)+A1​(y)+A2​(y)=0\left(\alpha_{1}+\alpha_{2}\right)x_{0}+\frac{h}{2}\left(\alpha_{1}-\alpha_{2}\right)+A_{1}(y)+A_{2}(y)=0 (15)

qui détermine A2​(y)A_{2}(y) ; nous aurons

A2​(y)=−(α1+α2)​x0−h2​(α1−α2)−A1​(y)A_{2}(y)=-\left(\alpha_{1}+\alpha_{2}\right)x_{0}-\frac{h}{2}\left(\alpha_{1}-\alpha_{2}\right)-A_{1}(y)

et par suite

φ1​(x,y)=(x−x0−h)​[α12​(x+x0+h)+A1​(y)]\displaystyle\varphi_{1}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{\alpha_{1}}{2}\left(x+x_{0}+h\right)+A_{1}(y)\right] (13)
φ2​(x,y)=(x−x0+h)​[α22​(x−x0)−α1​x0−h2​α1−A1​(y)]\displaystyle\varphi_{2}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{\alpha_{2}}{2}\left(x-x_{0}\right)-\alpha_{1}x_{0}-\frac{h}{2}\alpha_{1}-A_{1}(y)\right]

où A1​(y)A_{1}(y) est une fonction arbitraire.
D’une manière analogue on trouve

φ3​(x,y)=(x−x0+h)​[α32​(x−x0)−α4​x0−h2​α4−A4​(y)]\displaystyle\varphi_{3}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{\alpha_{3}}{2}\left(x-x_{0}\right)-\alpha_{4}x_{0}-\frac{h}{2}\alpha_{4}-A_{4}(y)\right] (′\prime)
φ4​(x,y)=(x−x0−h)​[α42​(x+x0+h)+A4​(y)]\displaystyle\varphi_{4}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{\alpha_{4}}{2}\left(x+x_{0}+h\right)+A_{4}(y)\right]

où A4​(y)A_{4}(y) est une fonction arbitraire.
Par un procédé analogue, on trouve

θ1​(x,y)=(y−y0−k)​[γ12​(y+y0+k)+C1​(x)]\displaystyle\theta_{1}(x,y)=\left(y-y_{0}-k\right)\left[\frac{\gamma_{1}}{2}\left(y+y_{0}+k\right)+C_{1}(x)\right] (17)
θ2​(x,y)=(y−y0−k)​[γ22​(y+y0+k)+C2​(x)]\displaystyle\theta_{2}(x,y)=\left(y-y_{0}-k\right)\left[\frac{\gamma_{2}}{2}\left(y+y_{0}+k\right)+C_{2}(x)\right] (14)
θ3​(x,y)=(y−y0+k)​[γ32​(y−y0)−γ2​y0−k2​γ2−C2​(x)]\displaystyle\theta_{3}(x,y)=\left(y-y_{0}+k\right)\left[\frac{\gamma_{3}}{2}\left(y-y_{0}\right)-\gamma_{2}y_{0}-\frac{k}{2}\gamma_{2}-C_{2}(x)\right]
θ4​(x,y)=(y−y0+k)​[γ42​(y−y0)−γ1​y0−k2​γ1−C1​(x)]\displaystyle\theta_{4}(x,y)=\left(y-y_{0}+k\right)\left[\frac{\gamma_{4}}{2}\left(y-y_{0}\right)-\gamma_{1}y_{0}-\frac{k}{2}\gamma_{1}-C_{1}(x)\right]

où C1​(x)C_{1}(x) et C2​(x)C_{2}(x) sont des fonctions arbitraires.
Avec les formules (13), (13’) et (14) les conditions aux limites ( 10310_{3} ) et (104)\left(10_{4}\right) sont satisfaites.

Passons à la détermination de la fonction ψ1​(x,y)\psi_{1}(x,y). Les conditions aux limites (105)\left(10_{5}\right) nous donnent

∂ψ1∂x​(x,y0+k)=−∂θ1∂y​(x,y0+k)\displaystyle\frac{\partial\psi_{1}}{\partial x}\left(x,y_{0}+k\right)=-\frac{\partial\theta_{1}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)
∂ψ1∂y(x0+h,y)=−−∂φ1∂x(x0+h,y)\displaystyle\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0}+h,y\right)=--\frac{\partial\varphi_{1}}{\partial x}\left(x_{0}+h,y\right)

et les formules (13) et (14) nous donnent

∂ψ1∂y​(x,y0+k)=−γ1​(y0+k)−C1​(x)\displaystyle\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x,y_{0}+k\right)=-\gamma_{1}\left(y_{0}+k\right)-C_{1}(x)
∂ψ1∂y​(x0+h,y)=−α1​(x0+h)−A1​(y)\displaystyle\frac{\partial\psi_{1}}{\partial y}\left(x_{0}+h,y\right)=-\alpha_{1}\left(x_{0}+h\right)-A_{1}(y)

Il s’agit maintenant d’intégrer l’équation

∂2ψ1∂x​∂y=β1\frac{\partial^{2}\psi_{1}}{\partial x\partial y}=\beta_{1}

avec les conditions (15) et la première condition (101).
Nous aurons

∂ψ1∂x=β1​(y−y0−k)−γ1​(y0+k)−C1​(x)\frac{\partial\psi_{1}}{\partial x}=\beta_{1}\left(y-y_{0}-k\right)-\gamma_{1}\left(y_{0}+k\right)-C_{1}(x)

et en intégrant par rapport à xx, on trouve

ψ1​(x,y)\displaystyle\psi_{1}(x,y) =β1​(x−x0−h)​(y−y0−k)−γ1​(y0+k)​(x−x0−h)\displaystyle=\beta_{1}\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\gamma_{1}\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}-h\right) (16)
−α1​(x0+h)​(y−y0−k)−∫x0+hxC1​(s)​𝑑s−∫y0+kyA1​(t)​𝑑t\displaystyle-\alpha_{1}\left(x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\int_{x_{0}+h}^{x}C_{1}(s)ds-\int_{y_{0}+k}^{y}A_{1}(t)dt

La fonction ψ1​(x,y)\psi_{1}(x,y) ainsi déterminée satisfait aux conditions (15) et à la condition ψ1​(x0+h,y0+k)=0\psi_{1}\left(x_{0}+h,y_{0}+k\right)=0.

En introduisant les fonctions

P1​(x)=∫x0+hxC1​(s)​𝑑s,Q1​(y)=∫y0+kyA1​(t)​𝑑tP2​(x)=∫x0−hxC2​(s)​𝑑s,Q2​(y)=∫y0−kvA4​(t)​𝑑t\begin{array}[]{ll}P_{1}(x)=\int_{x_{0}+h}^{x}C_{1}(s)ds,&Q_{1}(y)=\int_{y_{0}+k}^{y}A_{1}(t)dt\\ P_{2}(x)=\int_{x_{0}-h}^{x}C_{2}(s)ds,&Q_{2}(y)=\int_{y_{0}-k}^{v}A_{4}(t)dt\end{array}

nous aurons les formules

ψ1​(x,y)=β1​(x−x0−h)​(y−y0−k)−γ1​(y0+k)​(x−x0−h)−−α1​(x0+h)​(y−y0−k)−P1​(x)−Q1​(y)\begin{gathered}\psi_{1}(x,y)=\beta_{1}\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\gamma_{1}\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}-h\right)-\\ -\alpha_{1}\left(x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-P_{1}(x)-Q_{1}(y)\end{gathered}
ψ2​(x,y)=\displaystyle\psi_{2}(x,y)= β2​(x−x0+h)​(y−y0−k)+(α1​x0+α1+α22​h)​(y−y0−k)−\displaystyle\beta_{2}\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)+\left(\alpha_{1}x_{0}+\frac{\alpha_{1}+\alpha_{2}}{2}h\right)\left(y-y_{0}-k\right)- (18)
−γ2​(y0+k)​(x−x0+h)−P2​(x)+Q1​(y)\displaystyle-\gamma_{2}\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}+h\right)-P_{2}(x)+Q_{1}(y)
ψ3​(x,y)=β3​(x−x0+h)​(y−y0+k)+(γ2​y0+γ2+γ32​k)​(x−x0+h)++(α4​x0+α3+α42​h)​(y−y0+k)+P2​(x)+Q2​(y)ψ4​(x,y)=β4​(x−x0−h)​(y−y0+k)+(γ1​y0+γ1+γ42​k)​(x−x0−h)−−α4​(x0+h)​(y−y0+k)+P1​(x)−Q2​(y)\begin{gathered}\psi_{3}(x,y)=\beta_{3}\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+\left(\gamma_{2}y_{0}+\frac{\gamma_{2}+\gamma_{3}}{2}k\right)\left(x-x_{0}+h\right)+\\ +\left(\alpha_{4}x_{0}+\frac{\alpha_{3}+\alpha_{4}}{2}h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+P_{2}(x)+Q_{2}(y)\\ \psi_{4}(x,y)=\beta_{4}\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+\left(\gamma_{1}y_{0}+\frac{\gamma_{1}+\gamma_{4}}{2}k\right)\left(x-x_{0}-h\right)-\\ -\alpha_{4}\left(x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+P_{1}(x)-Q_{2}(y)\end{gathered}

Avec les formules (18) on satisfait aux conditions ( 10110_{1} ) et ( 10510_{5} ).
Écrivons maintenant que les conditions (102)\left(10_{2}\right) sont satisfaites.
Nous aurons les équations

(γ1+γ2)​(y0+k)​h+P2​(x0)−P1​(x0)=0(α1+α4)​(x0+h)​k+Q2​(y0)−Q1​(y0)=0[(γ1+γ2)​y0+γ1+γ2+γ3+γ42​k]​h+P2​(x0)−P1​(x0)=0[(α1+α4)​x0+α1+α2+α3+α42​h]​k+Q2​(y0)−Q1​(y0)=0\begin{gathered}\left(\gamma_{1}+\gamma_{2}\right)\left(y_{0}+k\right)h+P_{2}\left(x_{0}\right)-P_{1}\left(x_{0}\right)=0\\ \left(\alpha_{1}+\alpha_{4}\right)\left(x_{0}+h\right)k+Q_{2}\left(y_{0}\right)-Q_{1}\left(y_{0}\right)=0\\ {\left[\left(\gamma_{1}+\gamma_{2}\right)y_{0}+\frac{\gamma_{1}+\gamma_{2}+\gamma_{3}+\gamma_{4}}{2}k\right]h+P_{2}\left(x_{0}\right)-P_{1}\left(x_{0}\right)=0}\\ {\left[\left(\alpha_{1}+\alpha_{4}\right)x_{0}+\frac{\alpha_{1}+\alpha_{2}+\alpha_{3}+\alpha_{4}}{2}h\right]k+Q_{2}\left(y_{0}\right)-Q_{1}\left(y_{0}\right)=0}\end{gathered}

qui nous donnent

γ1+γ2=γ3+γ4=−P2​(x0)−P1​(x0)(y0+k)​h\displaystyle\gamma_{1}+\gamma_{2}=\gamma_{3}+\gamma_{4}=-\frac{P_{2}\left(x_{0}\right)-P_{1}\left(x_{0}\right)}{\left(y_{0}+k\right)h} (19)
α1+α4=α2+α3=−Q2​(y0)−Q1​(y0)(x0+h)​k\displaystyle\alpha_{1}+\alpha_{4}=\alpha_{2}+\alpha_{3}=-\frac{Q_{2}\left(y_{0}\right)-Q_{1}\left(y_{0}\right)}{\left(x_{0}+h\right)k}

En écrivant que les conditions ( 10610_{6} ) sont aussi satisfaites, nous aurons les équations suivantes

α1+α2+β1+β2=0\displaystyle\alpha_{1}+\alpha_{2}+\beta_{1}+\beta_{2}=0
β1+β4+γ1+γ4=0\displaystyle\beta_{1}+\beta_{4}+\gamma_{1}+\gamma_{4}=0 (20)
γ3+γ2+β2+β3=0\displaystyle\gamma_{3}+\gamma_{2}+\beta_{2}+\beta_{3}=0
α3+α4+β3+β4=0\displaystyle\alpha_{3}+\alpha_{4}+\beta_{3}+\beta_{4}=0
  1. 8.

    Il nous reste à déterminer les nombres αi,βi,γi\alpha_{i},\beta_{i},\gamma_{i} satisfaisant aus relations (9), (19) et (20).

Introduisons les notations
(21)

P1​(x0)−P2​(x0)2​h​(y0+k)=I,Q1​(y0)−Q2​(y0)2​k​(x0+h)=J\frac{P_{1}\left(x_{0}\right)-P_{2}\left(x_{0}\right)}{2h\left(y_{0}+k\right)}=I,\quad\frac{Q_{1}\left(y_{0}\right)-Q_{2}\left(y_{0}\right)}{2k\left(x_{0}+h\right)}=J

et les paramètres t,u,v,zt,u,v,z par les relations

α1−α4=2​t,α3−α2=2​u,γ1−γ2=2​v,γ3−γ4=2​z\alpha_{1}-\alpha_{4}=2t,\quad\alpha_{3}-\alpha_{2}=2u,\quad\gamma_{1}-\gamma_{2}=2v,\quad\gamma_{3}-\gamma_{4}=2z

Les équations

γ1+γ2=2​I;γ3+γ4=2​I;α1+α4=2​J;γ1−γ3=2​v;γ3−γ4=2​z;α1−α4=2​t;α3−α2=2​u\begin{array}[]{lll}\gamma_{1}+\gamma_{2}=2I;&\gamma_{3}+\gamma_{4}=2I;&\alpha_{1}+\alpha_{4}=2J;\\ \gamma_{1}-\gamma_{3}=2v;&\gamma_{3}-\gamma_{4}=2z;&\alpha_{1}-\alpha_{4}=2t;\\ \alpha_{3}-\alpha_{2}=2u\end{array}

déterminent αi\alpha_{i} et γi\gamma_{i} et nous aurons

α1=J+t,γ1=I+vα2=J−u,γ2=I−vα3=J+u,γ3=I+zα1=J−t,γ4=I−z.\begin{array}[]{ll}\alpha_{1}=J+t,&\gamma_{1}=I+v\\ \alpha_{2}=J-u,&\gamma_{2}=I-v\\ \alpha_{3}=J+u,&\gamma_{3}=I+z\\ \alpha_{1}=J-t,&\gamma_{4}=I-z.\end{array}

Enfin les équations (9) où λ\lambda est supposé connu, nous donnent

β1=λ−I−J−v−t\displaystyle\beta_{1}=\lambda-I-J-v-t
β2=λ−I−J+v+u\displaystyle\beta_{2}=\lambda-I-J+v+u
β3=λ−I−J−z−u\displaystyle\beta_{3}=\lambda-I-J-z-u
β4=λ−I−J+z+t\displaystyle\beta_{4}=\lambda-I-J+z+t

En écrivant que les équations (20) sont satisfaites, nous aurons les conditions

λ=I=J.\lambda=I=J. (22)

Nons aurons finalement

α1=J+t,β1=−J−v−t,γ1=J+vα2=J−u,β2=−J+v+u,γ2=J−vα3=J+u,β3=−J−z−u,γ3=J+zα4=J−t,β4=−J+z+t,γ4=J−z\begin{array}[]{lll}\alpha_{1}=J+t,&\beta_{1}=-J-v-t,&\gamma_{1}=J+v\\ \alpha_{2}=J-u,&\beta_{2}=-J+v+u,&\gamma_{2}=J-v\\ \alpha_{3}=J+u,&\beta_{3}=-J-z-u,&\gamma_{3}=J+z\\ \alpha_{4}=J-t,&\beta_{4}=-J+z+t,&\gamma_{4}=J-z\end{array}

Ainsi le problème sur les équations aux dérivées partielles (4) avec les conditions aux limites (101),…,(106)\left(10_{1}\right),\ldots,\left(10_{6}\right) est résolu. Les fonctions φi,ψi,θi\varphi_{i},\psi_{i},\theta_{i} sont données par les formules (13), (14), (18) où A​(y),A4​(y),C1​(x),C2​(x)A(y),A_{4}(y),C_{1}(x),C_{2}(x) sont des fonctions arbitraires, qui par les fonctions (17), sont liées par la relation

P1​(x0)−P2​(x0)2​h​(y0+k)=Q1​(y0)−Q2​(y0)2​k​(x0+h)\frac{P_{1}\left(x_{0}\right)-P_{2}\left(x_{0}\right)}{2h\left(y_{0}+k\right)}=\frac{Q_{1}\left(y_{0}\right)-Q_{2}\left(y_{0}\right)}{2k\left(x_{0}+h\right)} (24)
  1. 9.

    Calculons maintenant le coefficient de f​(x0,y0)f\left(x_{0},y_{0}\right) dans la formule de cubature (11). Nous avons

−ψ1​(x0,y0)+ψ2​(x0,y0)−ψ3​(x0,y0)+ψ4​(x0,y0)==−(β1+β2+β3+β4)​h​k−(α1+α2+α3+α4)​h​k2−(γ1+γ2+γ3+γ4)​h​k2−−(γ1+γ2)​h​(y0+k)−(γ1+γ2)​h​y0−(α1+α4)​k​(x0+h)−(α1+α4)​k​x0++2​[P1​(x0)−P2​(x0)]+2​[Q1​(y0)−Q2​(y0)].\begin{gathered}-\psi_{1}\left(x_{0},y_{0}\right)+\psi_{2}\left(x_{0},y_{0}\right)-\psi_{3}\left(x_{0},y_{0}\right)+\psi_{4}\left(x_{0},y_{0}\right)=\\ =-\left(\beta_{1}+\beta_{2}+\beta_{3}+\beta_{4}\right)hk-\left(\alpha_{1}+\alpha_{2}+\alpha_{3}+\alpha_{4}\right)\frac{hk}{2}-\left(\gamma_{1}+\gamma_{2}+\gamma_{3}+\gamma_{4}\right)\frac{hk}{2}-\\ -\left(\gamma_{1}+\gamma_{2}\right)h\left(y_{0}+k\right)-\left(\gamma_{1}+\gamma_{2}\right)hy_{0}-\left(\alpha_{1}+\alpha_{4}\right)k\left(x_{0}+h\right)-\left(\alpha_{1}+\alpha_{4}\right)kx_{0}+\\ +2\left[P_{1}\left(x_{0}\right)-P_{2}\left(x_{0}\right)\right]+2\left[Q_{1}\left(y_{0}\right)-Q_{2}\left(y_{0}\right)\right].\end{gathered}

En tenant compte des formules (21), (22), (23), (24) on trouve

−ψ1​(x0,y0)+ψ2​(x0,y0)−ψ3​(x0,y0)+ψ4​(x0,y0)=4​J​h​k.-\psi_{1}\left(x_{0},y_{0}\right)+\psi_{2}\left(x_{0},y_{0}\right)-\psi_{3}\left(x_{0},y_{0}\right)+\psi_{4}\left(x_{0},y_{0}\right)=4Jhk.

17 - Mathematica

La formule de cubature (11), devient donc

∬Df​(x,y)​𝑑x​𝑑y=4​h​k​f​(x0,y0)+RI\iint_{D}f(x,y)dxdy=4hkf\left(x_{0},y_{0}\right)+\frac{R}{I} (25)
  1. 10.

    Voyons maintenant le rôle des constantes arbitraires t,u,v,zt,u,v,z et des fonctions arbitraires A1​(y),A4​(y),C1​(x),C2​(x)A_{1}(y),A_{4}(y),C_{1}(x),C_{2}(x) qui entrent dans l’expres. sion des fonctions φi,ψi,θi\varphi_{i},\psi_{i},\theta_{i}, dans l’expression du reste RR de la formule de cubature (25).

Le coefficient de tt dans l’expression du reste RR, d’après les formules (13), (14), (18) et (23) est

T=12​∬D1(x−x0−h)​(x+x0+h)​∂2f∂x2​𝑑x​𝑑y−\displaystyle T=\frac{1}{2}\iint_{D_{1}}\left(x-x_{0}-h\right)\left(x+x_{0}+h\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}dxdy-
−(x0+h2)​∬J2(x−x0+h)​∂2f∂x2​𝑑x​𝑑y+\displaystyle-\left(x_{0}+\frac{h}{2}\right)\iint_{J_{2}}\left(x-x_{0}+h\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}dxdy+
+((x0+h2)∬D3(x−x0+h)∂2f∂x2dxdy−\displaystyle+\left(\left(x_{0}+\frac{h}{2}\right)\iint_{D_{3}}\left(x-x_{0}+h\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}dxdy-\right.
−12​∬D4(x−x0−h)​(x+x0+h)​∂2f∂x2​𝑑x​𝑑y−\displaystyle-\frac{1}{2}\iint_{D_{4}}\left(x-x_{0}-h\right)\left(x+x_{0}+h\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}dxdy-
−(x0+h)​∬D1(y−y0−k)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y−\displaystyle-\left(x_{0}+h\right)\iint_{D_{1}}\left(y-y_{0}-k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy-
−∬D1(x−x0−h)​(y−y0−k)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y+\displaystyle-\iint_{D_{1}}\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy+
+(x0+h2)​∬D2(y−y0−k)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y−\displaystyle+\left(x_{0}+\frac{h}{2}\right)\iint_{D_{2}}\left(y-y_{0}-k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy-
−(x0+h2)​∬D3(y−y0+k)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y+\displaystyle-\left(x_{0}+\frac{h}{2}\right)\iint_{D_{3}}\left(y-y_{0}+k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy+
+(x0+h)​∬D4(y−y0+k)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y+\displaystyle+\left(x_{0}+h\right)\iint_{D_{4}}\left(y-y_{0}+k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy+
+∬D4(x−x0−h)​(y−y0+k)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y\displaystyle+\iint_{D_{4}}\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}+k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy

Par des intégrations par parties, convenablement menées on démontre que T=0T=0. On démontre de la même manière que dans l’expression RR du reste de la formule de cubature, les coefficients de u,v,zu,v,z sont nuls.

Il résulte alors qu’on peut faire dans les formules (23) t=u=v=z=0t=u=v=z=0 et alors ces formules se réduisent à
(26)

α1=α2=α3=α4=J\displaystyle\alpha_{1}=\alpha_{2}=\alpha_{3}=\alpha_{4}=J
β1=β2=β3=β4=−J\displaystyle\beta_{1}=\beta_{2}=\beta_{3}=\beta_{4}=-J
γ1=γ2=γ3=γ4=J\displaystyle\gamma_{1}=\gamma_{2}=\gamma_{3}=\gamma_{4}=J

Les formules (13), (14), et (18) deviennent

φ1​(x,y)=(x−x0−h)​[J2​(x+x0+h)+A1​(y)]φ2​(x,y)=(x−x0+h)​[J2​(x−x0)−J​(x0+h2)−A1​(y)]φ3​(x,y)=(x−x0+h)​[J2​(x−x0)−J​(x0+h2)−A4​(y)]ρ4​(x,y)=(x−x0−h)​[J2​(x+x0+h)+A4​(y)]θ1​(x,y)=(y−y0−k)​[J2​(y+y0+k)+C1​(x)]θ2​(x,y)=(y−y0−k)​[J2​(y+y0+k)+C2​(x)]θ3​(x,y)=(y−y0+k)​[J2​(y−y0)−J​(y0+k2)−C2​(x)]θ4​(x,y)=(y−y0+k)​[J2​(y−y0)−J​(y0+k2)−C1​(x)]ψ1​(x,y)=−J​(x−x0−h)​(y−y0−k)−J​(y0+k)​(x−x0−h)−x−J​(x0+h)​(y−y0−k)−∫x0+hyC1​(s)​𝑑s−∫y0+kA1​(t)​𝑑tψ2​(x,y)=−J​(x−x0+h)​(y−y0−k)+J​(x0+h)​(y−y0−k)−−J​(y0+k)​(x−x0+h)−∫x0−hxC2​(s)​𝑑s+∫y0+kyA1​(l)​𝑑tψ3​(x,y)=−J​(x−x0+h)​(y−y0+k)+J​(y0+k)​(x−x0+h)+x​C0y​A4​(t)​d​t.\begin{gathered}\varphi_{1}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x+x_{0}+h\right)+A_{1}(y)\right]\\ \varphi_{2}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x-x_{0}\right)-J\left(x_{0}+\frac{h}{2}\right)-A_{1}(y)\right]\\ \varphi_{3}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x-x_{0}\right)-J\left(x_{0}+\frac{h}{2}\right)-A_{4}(y)\right]\\ \rho_{4}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x+x_{0}+h\right)+A_{4}(y)\right]\\ \theta_{1}(x,y)=\left(y-y_{0}-k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y+y_{0}+k\right)+C_{1}(x)\right]\\ \theta_{2}(x,y)=\left(y-y_{0}-k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y+y_{0}+k\right)+C_{2}(x)\right]\\ \theta_{3}(x,y)=\left(y-y_{0}+k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y-y_{0}\right)-J\left(y_{0}+\frac{k}{2}\right)-C_{2}(x)\right]\\ \theta_{4}(x,y)=\left(y-y_{0}+k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y-y_{0}\right)-J\left(y_{0}+\frac{k}{2}\right)-C_{1}(x)\right]\\ \begin{array}[]{c}\psi_{1}(x,y)=-J\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-J\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}-h\right)-\\ x\\ -J\left(x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\int_{x_{0}+h}^{y}C_{1}(s)ds-\int_{y_{0}+k}A_{1}(t)dt\\ \psi_{2}(x,y)=-J\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)+J\left(x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\\ -J\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}+h\right)-\int_{x_{0}-h}^{x}C_{2}(s)ds+\int_{y_{0}+k}^{y}A_{1}(l)dt\\ \begin{array}[]{c}\psi_{3}(x,y)=-J\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+J\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}+h\right)+\\ x\end{array}C_{0}^{y}A_{4}(t)dt.\end{array}\end{gathered}
ψ4​(x,y)=\displaystyle\psi_{4}(x,y)= −J​(x−x0−h)​(y−y0+k)+J​(y0+k)​(x−x0−h)−\displaystyle-J\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+J\left(y_{0}+k\right)\left(x-x_{0}-h\right)-
−J​(x0+h)​(y−y0+k)+∫x0+hxC1​(s)​𝑑s−∫y0−kyA4​(t)​𝑑t\displaystyle-J\left(x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+\int_{x_{0}+h}^{x}C_{1}(s)ds-\int_{y_{0}-k}^{y}A_{4}(t)dt

Les fonctions ψ1​(x,y),ψ2​(x,y),ψ3​(x,y),ψ4​(x,y)\psi_{1}(x,y),\psi_{2}(x,y),\psi_{3}(x,y),\psi_{4}(x,y) peuvent encore s’écrire sous la forme suivante

ψ1​(x,y)=−J​(x−x0−h)​(y−y0−k)−∫x0+hx[C1​(s)+J​(y0+k)]​𝑑s−\displaystyle\psi_{1}(x,y)=-J\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\int_{x_{0}+h}^{x}\left[C_{1}(s)+J\left(y_{0}+k\right)\right]ds- ∫y0+ky[A1​(t)+J​(x0+h)]​𝑑t\displaystyle\int_{y_{0}+k}^{y}\left[A_{1}(t)+J\left(x_{0}+h\right)\right]dt
ψ2​(x,y)=−J​(x−x0+h)​(y−y0−k)−∫x0−hx[C2​(s)+J​(y0+k)]​𝑑s++∫y0+ky[A1​(t)+J​(x0+h)]​𝑑t\displaystyle\begin{array}[]{l}\psi_{2}(x,y)=-J\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\int_{x_{0}-h}^{x}\left[C_{2}(s)+J\left(y_{0}+k\right)\right]ds+\\ +\int_{y_{0}+k}^{y}\left[A_{1}(t)+J\left(x_{0}+h\right)\right]dt\end{array} x3​(x,y)=−J​(x−h)​(y−y0+k)+∫x0−hx[C2​(s)+J​(y0+k)]​𝑑s++∫y0−ky[A4​(t)+J​(x0+h)]​𝑑tψ4​(x,y)=−J​(x−x0−h)​(y−y0+k)+∫x0+hx[C1​(s)+J​(y0+k)]​𝑑s−−∫y0−ky[A4​(t)+J​(x0+h)]​𝑑t\displaystyle\begin{array}[]{c}x_{3}(x,y)=-J(x-h)\left(y-y_{0}+k\right)+\int_{x_{0}-h}^{x}\left[C_{2}(s)+J\left(y_{0}+k\right)\right]ds+\\ +\int_{y_{0}-k}^{y}\left[A_{4}(t)+J\left(x_{0}+h\right)\right]dt\\ \psi_{4}(x,y)=-J\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+\int_{x_{0}+h}^{x}\left[C_{1}(s)+J\left(y_{0}+k\right)\right]ds-\\ -\int_{y_{0}-k}^{y}\left[A_{4}(t)+J\left(x_{0}+h\right)\right]dt\end{array}

Ceci, nous invite a poser

A¯1​(y)=A1​(y)+J​(x0+h),C¯1​(x)=C1​(x)+J​(y0+k)A¯4​(y)=A4​(y)+J​(x0+h),C¯2​(x)=C2​(x)+J​(y0+k)\begin{array}[]{ll}\bar{A}_{1}(y)=A_{1}(y)+J\left(x_{0}+h\right),&\bar{C}_{1}(x)=C_{1}(x)+J\left(y_{0}+k\right)\\ \bar{A}_{4}(y)=A_{4}(y)+J\left(x_{0}+h\right),&\bar{C}_{2}(x)=C_{2}(x)+J\left(y_{0}+k\right)\end{array}

et les formules précédentes deviennent

φ1​(x,y)=(x−x0−h)​[J2​(x−x0−h)+A¯1​(y)]φ2​(x,y)=(x−x0+h)​[J2​(x−x0+h)−A¯1​(y)]φ3​(x,y)=(x−x0+h)​[J2​(x−x0+h)−A¯4​(y)]φ4​(x,y)=(x−x0−h)​[J2​(x−x0−h)+A¯4​(y)]θ1​(x,y)=(y−y0−k)​[J2​(y−y0−k)+C¯1​(x)]θ2​(x,y)=(y−y0−k)​[J2​(y−y0−k)+C¯2​(x)]θ3​(x,y)=(y−y0+k)​[J2​(y−y0+k)−C¯2​(x)]θ4​(x,y)=(y−y0+k)​[J2​(y−y0+k)−C¯1​(x)]ψ1​(x,y)=−J​(x−x0−h)​(y−y0−k)−∫x0+hxC¯1​(s)​𝑑s−∫y0+kyA¯1​(l)​𝑑tψ2​(x,y)=−J​(x−x0+h)​(y−y0−k)−∫x0−hxC¯2​(s)​𝑑s+∫y0+kyA¯1​(l)​𝑑tψ3​(x,y)=−J​(x−x0+h)​(y−y0+k)+∫x0−hxC¯2​(s)​𝑑s+∫y0−kyA¯4​(l)​𝑑lψ4​(x,y)=−J​(x−x0−h)​(y−y0+k)+∫x0+hxC¯1​(s)​𝑑s−∫y0−kyA¯4​(t)​𝑑t.\begin{gathered}\varphi_{1}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x-x_{0}-h\right)+\bar{A}_{1}(y)\right]\\ \varphi_{2}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x-x_{0}+h\right)-\bar{A}_{1}(y)\right]\\ \varphi_{3}(x,y)=\left(x-x_{0}+h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x-x_{0}+h\right)-\bar{A}_{4}(y)\right]\\ \varphi_{4}(x,y)=\left(x-x_{0}-h\right)\left[\frac{J}{2}\left(x-x_{0}-h\right)+\bar{A}_{4}(y)\right]\\ \theta_{1}(x,y)=\left(y-y_{0}-k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y-y_{0}-k\right)+\bar{C}_{1}(x)\right]\\ \theta_{2}(x,y)=\left(y-y_{0}-k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y-y_{0}-k\right)+\bar{C}_{2}(x)\right]\\ \theta_{3}(x,y)=\left(y-y_{0}+k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y-y_{0}+k\right)-\bar{C}_{2}(x)\right]\\ \theta_{4}(x,y)=\left(y-y_{0}+k\right)\left[\frac{J}{2}\left(y-y_{0}+k\right)-\bar{C}_{1}(x)\right]\\ \psi_{1}(x,y)=-J\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\int_{x_{0}+h}^{x}\bar{C}_{1}(s)ds-\int_{y_{0}+k}^{y}\bar{A}_{1}(l)dt\\ \psi_{2}(x,y)=-J\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}-k\right)-\int_{x_{0}-h}^{x}\bar{C}_{2}(s)ds+\int_{y_{0}+k}^{y}\bar{A}_{1}(l)dt\\ \psi_{3}(x,y)=-J\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+\int_{x_{0}-h}^{x}\bar{C}_{2}(s)ds+\int_{y_{0}-k}^{y}\bar{A}_{4}(l)dl\\ \psi_{4}(x,y)=-J\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}+k\right)+\int_{x_{0}+h}^{x}\bar{C}_{1}(s)ds-\int_{y_{0}-k}^{y}\bar{A}_{4}(t)dt.\end{gathered}

Avec les nouvelles fonctions (27), nous avons

P1​(x0)−P2​(x0)\displaystyle P_{1}\left(x_{0}\right)-P_{2}\left(x_{0}\right) =∫x0+hx0C1¯​(s)​𝑑s−∫x0−hx0C2¯​(s)​𝑑s+2​J​h​(y0+k)\displaystyle=\int_{x_{0}+h}^{x_{0}}\overline{C_{1}}(s)ds-\int_{x_{0}-h}^{x_{0}}\overline{C_{2}}(s)ds+2Jh\left(y_{0}+k\right)
Q1​(y0)−Q2​(y0)\displaystyle Q_{1}\left(y_{0}\right)-Q_{2}\left(y_{0}\right) =∫y0+ky0A1¯​(l)​𝑑l−∫y0−ky0A4¯​(l)​𝑑l+2​J​k​(x0+h)\displaystyle=\int_{y_{0}+k}^{y_{0}}\overline{A_{1}}(l)dl-\int_{y_{0}-k}^{y_{0}}\overline{A_{4}}(l)dl+2Jk\left(x_{0}+h\right)

et la condition (24) devienne

∫x0+hx0C1¯​(s)​𝑑s−∫x0−hx0C2​(s)¯​𝑑s2​h​(y0+k)=∫y0+ky0A1​(t)¯​𝑑t−∫y0−ky0A1​(t)¯​𝑑t2​k​(x0+h)\frac{\int_{x_{0}+h}^{x_{0}}\overline{C_{1}}(s)ds-\int_{x_{0}-h}^{x_{0}}\overline{C_{2}(s)}ds}{2h\left(y_{0}+k\right)}=\frac{\int_{y_{0}+k}^{y_{0}}\overline{A_{1}(t)}dt-\int_{y_{0}-k}^{y_{0}}\overline{A_{1}(t)}dt}{2k\left(x_{0}+h\right)} (29)

La contribution des fonctions A¯1​(y),A¯4​(y),C¯1​(x),C¯2​(x)\bar{A}_{1}(y),\bar{A}_{4}(y),\bar{C}_{1}(x),\bar{C}_{2}(x) à l’expression du reste RR est la suivante

−∬D3C¯2​(x)​(y−y0+k)​∂2f∂y2​𝑑x​𝑑y+∬D3​x0−hr(C¯2​(s)​d​s)​∂2f∂x​∂y​𝑑x​𝑑y-\iint_{D_{3}}\bar{C}_{2}(x)\left(y-y_{0}+k\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}dxdy+\iint_{D_{3}x_{0}-h}^{r}\left(\bar{C}_{2}(s)ds\right)\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}dxdy

Par des intégrations pir parties, on démontre que

(30′)Q=[∫y0+ky0A¯1​(t)​𝑑t−∫y0−kv0A4¯​(t)​𝑑t]​[f​(x0−h,y0)−2​f​(x0,y0)+f​(x0+h,y0)]+\left(30^{\prime}\right)\quad Q=\left[\int_{y_{0}+k}^{y_{0}}\bar{A}_{1}(t)dt-\int_{y_{0}-k}^{v_{0}}\overline{A_{4}}(t)dt\right]\left[f\left(x_{0}-h,y_{0}\right)-2f\left(x_{0},y_{0}\right)+f\left(x_{0}+h,y_{0}\right)\right]+ (′\prime)
+[∫x0+hx0C1¯​(s)​𝑑s−∫x0−hx0C2¯​(s)​𝑑s]​[f​(x0,y0−k)−2​f​(x0,y0)+f​(x0,y0+k)]+\left[\int_{x_{0}+h}^{x_{0}}\overline{C_{1}}(s)ds-\int_{x_{0}-h}^{x_{0}}\overline{C_{2}}(s)ds\right]\left[f\left(x_{0},y_{0}-k\right)-2f\left(x_{0},y_{0}\right)+f\left(x_{0},y_{0}+k\right)\right]

Ainsi les expressions des fonctions φi,ψi​,0i\varphi_{i},\psi_{i},0_{i} sont données par les formules (28), les fonctions arbitraires A¯1​(y),A¯4​(y),C¯1​(x),C¯2​(x)\bar{A}_{1}(y),\bar{A}_{4}(y),\bar{C}_{1}(x),\bar{C}_{2}(x) étant obligées à satisfaire à la condition (29). La contribution des fonctions A¯1​(y)\bar{A}_{1}(y), A¯4​(y),C¯1​(x),C2¯​(x)\bar{A}_{4}(y),\bar{C}_{1}(x),\overline{C_{2}}(x) à l’expression du reste RR est donnée par les formules (30) et (30’). Si nous prennons A¯1​(y)=A¯4​(y)=C¯1​(x)=C¯2​(x)=0\bar{A}_{1}(y)=\bar{A}_{4}(y)=\bar{C}_{1}(x)=\bar{C}_{2}(x)=0, la condition (29) est satisfaite, et la contribution de A¯1​(y),A¯4​(y),C¯1​(x),C¯2​(x)\bar{A}_{1}(y),\bar{A}_{4}(y),\bar{C}_{1}(x),\bar{C}_{2}(x) à l’expression du reste RR est nulle.

Done nous pouvons faire dans les formules (28) A¯1(y)=A¯4(y)==C¯1(x)=C¯2(x)=0\bar{A}_{1}(y)=\bar{A}_{4}(y)==\bar{C}_{1}(x)=\bar{C}_{2}(x)=0, et nous aurons finalement la formule de cubature

∫E∫Ef​(x,y)​𝑑x​𝑑y=4​h​k​f​(x0,y0)+∬D(φ​∂2f∂x2+ψ​∂2f∂x​∂y+θ​∂2f∂y2)​𝑑x​𝑑y\int_{E}\int_{E}f(x,y)dxdy=4hkf\left(x_{0},y_{0}\right)+\iint_{D}\left(\varphi\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}+\psi\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}+\theta\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right)dxdy (31)

où les fonctions φ,ψ​,0\varphi,\psi,0 coïncident dans les rectangles DiD_{i}, avec les fonctions φi,ψi,θi\varphi_{i},\psi_{i},\theta_{i} où i′=1,2,3,4i^{\prime}=1,2,3,4, données par les formules suivantes

φ1​(x,y)=12​(x−x0−h)2,ψ1​(x,y)=−(x−x0−h)​(y−y0−k),\displaystyle\varphi_{1}(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{0}-h\right)^{2},\quad\psi_{1}(x,y)=-\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}-k\right),
θ1​(x,y)=12​(y−y0−k)2\displaystyle\theta_{1}(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{0}-k\right)^{2}
φ2​(x,y)=12​(x−x0+h)2,ψ2​(x,y)=−(x−x0+h)​(y−y2−k),\displaystyle\varphi_{2}(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{0}+h\right)^{2},\quad\psi_{2}(x,y)=-\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{2}-k\right), (32)
θ2​(x,y)=12​(y−y0−k)2\displaystyle\theta_{2}(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{0}-k\right)^{2} (32)
φ3​(x,y)=12​(x−x0+h)2,ψ3​(x,y)=−(x−x0+h)​(y−y0+k),\displaystyle\varphi_{3}(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{0}+h\right)^{2},\quad\psi_{3}(x,y)=-\left(x-x_{0}+h\right)\left(y-y_{0}+k\right),
θ3​(x,y)=12​(y−y0+k)2.\displaystyle\theta_{3}(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{0}+k\right)^{2}.
φ4​(x,y)=12​(x−x0−h)2,ψ4​(x,y)=−(x−x0−h)​(y−y0+h)θ4​(x,y)=12​(y−y0+k)2.\begin{gathered}\varphi_{4}(x,y)=\frac{1}{2}\left(x-x_{0}-h\right)^{2},\quad\psi_{4}(x,y)=-\left(x-x_{0}-h\right)\left(y-y_{0}+h\right)\\ \theta_{4}(x,y)=\frac{1}{2}\left(y-y_{0}+k\right)^{2}.\end{gathered}
  1. 11.

    Nous pouvons donner une évaluation de la valeur absolue du reste RR de la formule de cubature (31). En désignant par M2M_{2} une borne supérieure de |∂2f∂x2|,|∂2f∂x​∂y|,|∂2f∂y2|\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}\right|,\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}\right|,\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right| dans DD, nous pouvons écrire

|R|\displaystyle|R| ⩽M22​{∬D1(x−x0−h)2​𝑑x​𝑑y+…}\displaystyle\leqslant\frac{M_{2}}{2}\left\{\iint_{D_{1}}\left(x-x_{0}-h\right)^{2}dxdy+\ldots\right\}
+M2​{∬D1(x0+h−x)​(y0+k−y)​𝑑x​𝑑y+…}\displaystyle+M_{2}\left\{\iint_{D_{1}}\left(x_{0}+h-x\right)\left(y_{0}+k-y\right)dxdy+\ldots\right\}
+M22​{∬D1(y−y0−k)2​𝑑x​𝑑y+…}\displaystyle+\frac{M_{2}}{2}\left\{\iint_{D_{1}}\left(y-y_{0}-k\right)^{2}dxdy+\ldots\right\}

Nous avons

∬D1(x−x0−h)2​𝑑x​𝑑y=h3​k3,…∬D1(x0+h−x)​(y0+k−y)​𝑑x​𝑑y=h2​k24,…∬D1(y−y0−k)2​𝑑x​𝑑y=h​k33,…\begin{gathered}\iint_{D_{1}}\left(x-x_{0}-h\right)^{2}dxdy=\frac{h^{3}k}{3},\ldots\\ \iint_{D_{1}}\left(x_{0}+h-x\right)\left(y_{0}+k-y\right)dxdy=\frac{h^{2}k^{2}}{4},\ldots\\ \iint_{D_{1}}\left(y-y_{0}-k\right)^{2}dxdy=\frac{hk^{3}}{3},\ldots\end{gathered}

d’où il résulte que
c’est à dire

R|⩽M22(4​h3​k3+4​h​k33)+M2h2k2R\left\lvert\,\leqslant\frac{M_{2}}{2}\left(\frac{4h^{3}k}{3}+\frac{4hk^{3}}{3}\right)+M_{2}h^{2}k^{2}\right.
|R|⩽S12​[2​(h2+k2)+3​h​k]​M2|R|\leqslant\frac{S}{12}\left[2\left(h^{2}+k^{2}\right)+3hk\right]M_{2} (33)

où SS est l’aire du rectangle D,S=4​h​kD,S=4hk.
12. Nous pouvons comparer les deux formules de cubature démontrées dans ce chapitre

∬Df​𝑑x​𝑑y=(x2−x1)​(y2−y1)2​[f​(x1,y1)+f​(x2,y2)]+R1\displaystyle\iint_{D}fdxdy=\frac{\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)}{2}\left[f\left(x_{1},y_{1}\right)+f\left(x_{2},y_{2}\right)\right]+R_{1} (21,§​121,\penalty 10000\ \S 1)
∬Df​𝑑x​𝑑y=4​h​k​f​(x0,y0)+R2\displaystyle\iint_{D}fdxdy=4hkf\left(x_{0},y_{0}\right)+R_{2} (31,§​231,\penalty 10000\ \S 2)

La seconde formule est préférable à la première. D’abord la seconde formule utilise un seul noeud (x0,y0)\left(x_{0},y_{0}\right), le centre du rectangle DD, tandis que la seconde utilise deux noeuds, les sommets opposés (x1,y1)\left(x_{1},y_{1}\right) et (x2,y2)\left(x_{2},y_{2}\right). En ce qui concerne les restes R1R_{1} et R2R_{2}, nous avons les formules ( 26,§​126,\S 1 ) et (33, § 2) c’est à dire

|R1|⩽ϱ1​S​M212,|R2|⩽ϱ2​S​M212\left|R_{1}\right|\leqslant\varrho_{1}\frac{SM_{2}}{12},\quad\left|R_{2}\right|\leqslant\varrho_{2}\frac{SM_{2}}{12}

où

Q1=(x2−x1)2+3​(x2−x1)​(y2−y1)+(y2−y1)2Q2=2​(h2+k2)+3​h​k.\begin{gathered}Q_{1}=\left(x_{2}-x_{1}\right)^{2}+3\left(x_{2}-x_{1}\right)\left(y_{2}-y_{1}\right)+\left(y_{2}-y_{1}\right)^{2}\\ Q_{2}=2\left(h^{2}+k^{2}\right)+3hk.\end{gathered}

En remplaçant dans l’expression de ϱ1,x2−x1\varrho_{1},x_{2}-x_{1} et y2−y1y_{2}-y_{1} par 2​h2h et 2​k2k, nous avons

ϱ1−ϱ2=2​(h2+k2)+9​h​k>0\varrho_{1}-\varrho_{2}=2\left(h^{2}+k^{2}\right)+9hk>0

c’est à dire ϱ1>ϱ2\varrho_{1}>\varrho_{2}.
Dans le cas d’un carré, h=kh=k, nous avons

ρ1ρ2=207=2,8​…\frac{\rho_{1}}{\rho_{2}}=\frac{20}{7}=2,8\ldots

$. 3. Calcul approché d’une intégrale double dans un rectangle DD

  1. 13.

    Nous allons appliquer les formules de cubature établies dans ce chapitre, au calcul approché d’une intégrale double dans le rectangle DD.

Considérons l’intégrale double

∬Df​(x,y)​𝑑x​𝑑y=∫ab𝑑x​∫cdf​(x,y)​𝑑y\iint_{D}f(x,y)dxdy=\int_{a}^{b}dx\int_{c}^{d}f(x,y)dy

et supposons que la fonction f​(x,y)f(x,y) ait des dérivées partielles du premier et du second ordre continues dans DD.

Partageons l’intervalle (a,b)(a,b) en nn parties égales par les points x1,x2,…,xn−1x_{1},x_{2},\ldots,x_{n-1} et l’intervalle ( c,dc,d ) en mm parties égales par les points y1,y2,…,ym−1y_{1},y_{2},\ldots,y_{m-1}. Désignons par Di​kD_{ik} le rectangle formé par les droites x=xi−1,x=xi,y=yk−1,y=ykx=x_{i-1},\quad x=x_{i},\quad y=y_{k-1},\quad y=y_{k} où i=1,…,n,k=1,…,m,i=1,\ldots,n,\quad k=1,\ldots,m,\quad avec x0=a,xn=b,y0=c,ym=dx_{0}=a,x_{n}=b,y_{0}=c,y_{m}=d.

Appliquons à chaque rectangle Di​kD_{ik} la première formule de cubature. Nous aurons

∬Di​kf​(x,y)​𝑑x​𝑑x=(b−a)​(d−c)2​n​m​[f​(xi,yk)+f​(xi+1,yk+1)]+Ri​k\iint_{D_{ik}}f(x,y)dxdx=\frac{(b-a)(d-c)}{2nm}\left[f\left(x_{i},y_{k}\right)+f\left(x_{i+1},y_{k+1}\right)\right]+R_{ik}

où

|Ri​k|⩽(b−a)​(d−c)12​m​n​[(b−a)2n2+3​(b−a)​(d−c)n​m+(d−c)2m2]​M2\left|R_{ik}\right|\leqslant\frac{(b-a)(d-c)}{12mn}\left[\frac{(b-a)^{2}}{n^{2}}+3\frac{(b-a)(d-c)}{nm}+\frac{(d-c)^{2}}{m^{2}}\right]M_{2}

M2M_{2} étant une borne supérieure de |∂2f∂x2|,|∂2f∂x​∂y|,|∂2f∂y2|\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial x^{2}}\right|,\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial x\partial y}\right|,\left|\frac{\partial^{2}f}{\partial y^{2}}\right| dans DD.
En faisant la somme des intégrales doubles dans les rectangles Di​kD_{ik}. nous aurons la formule de calcul approché

∬Bf​(x,y)​𝑑x​𝑑y=\displaystyle\iint_{B}f(x,y)dxdy= (b−a)​(d−c)2​n​m{∑i=0n−1f(xi,c)+∑i=1nf(xi,d)+∑k=1m−1f(b,yk)+\displaystyle\frac{(b-a)(d-c)}{2nm}\left\{\sum_{i=0}^{n-1}f\left(x_{i},c\right)+\sum_{i=1}^{n}f\left(x_{i},d\right)+\sum_{k=1}^{m-1}f\left(b,y_{k}\right)+\right. (1)
+∑k=1m−1f(a,yk)+2∑i=1n−1∑k=1m−1f(xi,yk)}+R\displaystyle\left.+\sum_{k=1}^{m-1}f\left(a,y_{k}\right)+2\sum_{i=1}^{n-1}\sum_{k=1}^{m-1}f\left(x_{i},y_{k}\right)\right\}+R

et nous avons pour le reste

|R|⩽∑i=1n∑k=1m|Ri​k||R|\leqslant\sum_{i=1}^{n}\sum_{k=1}^{m}\left|R_{ik}\right|

c’est à dire

|R|⩽(b−a)​(d−c)12​[(b−a)2n2+3​(b−a)​(d−c)m​n+(d−c)2m2]​M2.|R|\leqslant\frac{(b-a)(d-c)}{12}\left[\frac{(b-a)^{2}}{n^{2}}+3\frac{(b-a)(d-c)}{mn}+\frac{(d-c)^{2}}{m^{2}}\right]M_{2}. (2)
(b−a)​(d−c)12​[(b−a)2n2+3​(b−a)​(d−c)n​m+(d−c)2m2]​M2<ε\frac{(b-a)(d-c)}{12}\left[\frac{(b-a)^{2}}{n^{2}}+3\frac{(b-a)(d-c)}{nm}+\frac{(d-c)^{2}}{m^{2}}\right]M_{2}<\varepsilon

Avec ce choix de nn et mm nous aurons dans la formule de calcul approché (1), |R|<ε|R|<\varepsilon.
14. On peut aussi appliquer au calcul approché d’une intégrale double, la seconde formule de cubature.

Nous aurons

∬Di​kf​(x,y)​𝑑x​𝑑y=(b−a)​(d−c)n​m​f​(ξi,ηk)+Ri​k′\iint_{D_{ik}}f(x,y)dxdy=\frac{(b-a)(d-c)}{nm}f\left(\xi_{i},\eta_{k}\right)+R_{ik}^{\prime}

où ( ξi,ri​k\xi_{i},r_{ik} ) sont lcs coordonnées du centre du rectangle Di​kD_{ik}, et nous avons

|Ri​k′|⩽(b−a)​(d−c)12​n​m​[(b−a)22​n2+3​(b−a)​(d−c)4​n​m+(d−c)22​m2]​M2\left|R_{ik}^{\prime}\right|\leqslant\frac{(b-a)(d-c)}{12nm}\left[\frac{(b-a)^{2}}{2n^{2}}+3\frac{(b-a)(d-c)}{4nm}+\frac{(d-c)^{2}}{2m^{2}}\right]M_{2}

Il résulte alors la formule de calcul approché

∬Df​(x,y)​𝑑x​𝑑y=(b−a)​(d−c)n​m​∑i=1n∑k=1mf​(ζi,ηk)+R′\iint_{D}f(x,y)dxdy=\frac{(b-a)(d-c)}{nm}\sum_{i=1}^{n}\sum_{k=1}^{m}f\left(\zeta_{i},\eta_{k}\right)+R^{\prime} (3)

avec

|R′|⩽(b−a)​(d−c)12​[(b−a)22​n2+3​(b−a)​(d−c)4​n​m+(d−c)22​m2]​M2\left|R^{\prime}\right|\leqslant\frac{(b-a)(d-c)}{12}\left[\frac{(b-a)^{2}}{2n^{2}}+3\frac{(b-a)(d-c)}{4nm}+\frac{(d-c)^{2}}{2m^{2}}\right]M_{2} (4)

Étant donné, un nombre positif e on peut choisir les nombres naturels nn et mm suffisament grands, pour que

(b−a)​(d−c)12​[(b−a)22​n2+3​(b−a)​(d−c)4​n​m+(d−c)22​m2]​M2<ε\frac{(b-a)(d-c)}{12}\left[\frac{(b-a)^{2}}{2n^{2}}+3\frac{(b-a)(d-c)}{4nm}+\frac{(d-c)^{2}}{2m^{2}}\right]M_{2}<\varepsilon

On aura alors dans la formule de calcul approché (3), |R|<ε|R|<\varepsilon.
Nous appliquerons la formule de calcul approché (1), à l’intégration numérique des équations aux dérivées partielles du second ordre de type hyperbolique.

II. LINTÉGIATION NUMÉRIQUE DE L’EQUATION AUX DERIVÉES PARTHELES DU SECOND ORDIRE DE TYPE HYPERBOLIQUE

s. 1. Considérations générales et hypothèses

  1. 15.

    Considérons l’équation aux dérivées partielles
    (1)

∂2z∂x​∂y=f​(x,y,z,p,q)\frac{\partial^{2}z}{\partial x\partial y}=f(x,y,z,p,q)

où la fonction f​(x,y,z,p,q)f(x,y,z,p,q) est continue dans le domaine D˙\dot{D}, défini par les inégalités

0⩽x⩽a,0⩽y⩽b,|z|⩽α,|p|⩽β,|q|⩽γ0\leqslant x\leqslant a,\quad 0\leqslant y\leqslant b,\quad|z|\leqslant\alpha,\quad|p|\leqslant\beta,\quad|q|\leqslant\gamma (2)

et satisfait à la condition de Lipschitz

|f​(x,y,Z,P,Q)−f​(x,y,z,p,q)|⩽A​|Z−z|+B​|P−p|+C​|Q−q|.|f(x,y,Z,P,Q)-f(x,y,z,p,q)|\leqslant A|Z-z|+B|P-p|+C|Q-q|. (3)

On sait que dans ces conditions l’équation aux dérivées partielles (1) a une intégrale unique z​(x,y)z(x,y), nulle sur les axes O​x,O​yOx,Oy. Elle est définie dans le rectangle Δ1\Delta_{1}, formé par les droites x=0,x=λ1,y=0,y=μ1x=0,x=\lambda_{1},y=0,y=\mu_{1}, où λ1\lambda_{1} et μ1\mu_{1} sont des nombres positifs satisfaisant aux conditions

λ1=min⁡(a,γM),μ1=min⁡(b,βM),λ1​μ1⩽αM\lambda_{1}=\min\left(a,\frac{\gamma}{M}\right),\quad\mu_{1}=\min\left(b,\frac{\beta}{M}\right),\quad\lambda_{1}\mu_{1}\leqslant\frac{\alpha}{M}

où MM est une borne supérieure de |f​(x,y,z,p,q)||f(x,y,z,p,q)| dans le domaine DD.
On peut obtenir l’intégrale z​(x,y)z(x,y) par la méthode des approximations successives, en intégrant les équations

∂2z(0)∂x​∂y′=f​(x,y​,0,0,0)\displaystyle\frac{\partial^{2}z^{(0)}}{\partial x\partial y^{\prime}}=f(x,y,0,0,0) (4)
∂2z(s)∂x​∂y=f​(x,y,z(s−1),p(s−1),q(s−1))\displaystyle\frac{\partial^{2}z^{(s)}}{\partial x\partial y}=f\left(x,y,z^{(s-1)},p^{(s-1)},q^{(s-1)}\right)

où s=1,2,…s=1,2,\ldots avec les conditions z(s)​(x​,0)=z(s)​(0,y)=0z^{(s)}(x,0)=z^{(s)}(0,y)=0, où s==0,1,…s==0,1,\ldots.

Les séries

z(0)+∑s=1∞[z(s)−z(s−1)],p(0)+∑s=1∞[p(s)−p(s−1)],q(0)+∑s=1∞[q(s)−q(s−1)]z^{(0)}+\sum_{s=1}^{\infty}\left[z^{(s)}-z^{(s-1)}\right],\quad p^{(0)}+\sum_{s=1}^{\infty}\left[p^{(s)}-p^{(s-1)}\right],\quad q^{(0)}+\sum_{s=1}^{\infty}\left[q^{(s)}-q^{(s-1)}\right]

sont absoluement et uniformément convergentes dans le rectangle Δ1\Delta_{1} ; on a

|z(s)−z(s−1)|⩽M​Ls​(λ1+μ1)s+2(s+2)!\displaystyle\left|z^{(s)}-z^{(s-1)}\right|\leqslant ML^{s}\frac{\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)^{s+2}}{(s+2)!}
|p(s)−p(s−1)|⩽M​Ls​(λ1+μ1)s+1(s+1)!\displaystyle\left|p^{(s)}-p^{(s-1)}\right|\leqslant ML^{s}\frac{\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)^{s+1}}{(s+1)!}
|q(s)−q(s−1)|⩽M​Ls​(λ1+μ1)s+1(s+1)!\displaystyle\left|q^{(s)}-q^{(s-1)}\right|\leqslant ML^{s}\frac{\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)^{s+1}}{(s+1)!}

Nous avons donc

∼(x,y)=z(0)+∑s=1∞z(s)−z(s−1)]p​(x,y)=p(0)+∑s=1∞[p(s)−p(s−1)],q​(x,y′)=q(0)+∑s=1∞[q(s)−q(s−1)]\begin{gathered}\left.\sim(x,y)=z^{(0)}+\sum_{s=1}^{\infty}z^{(s)}-z^{(s-1)}\right]\\ p(x,y)=p^{(0)}+\sum_{s=1}^{\infty}\left[p^{(s)}-p^{(s-1)}\right],\quad q\left(x,y^{\prime}\right)=q^{(0)}+\sum_{s=1}^{\infty}\left[q^{(s)}-q^{(s-1)}\right]\end{gathered}

et nous écrivons

z​(x,y)−z(ν)​(x,y)=∑s=ν∞[z(s+1)−z(s)]\displaystyle z(x,y)-z^{(\nu)}(x,y)=\sum_{s=\nu}^{\infty}\left[z^{(s+1)}-z^{(s)}\right]
p​(x,y)−p(ν)​(x,y)=∑s=ν∞[p(s+1)−p(s)]\displaystyle p(x,y)-p^{(\nu)}(x,y)=\sum_{s=\nu}^{\infty}\left[p^{(s+1)}-p^{(s)}\right]
q​(x,y)−q(ν)​(x,y)=∑s=ν∞[q(s+1)−q(s)]\displaystyle q(x,y)-q^{(\nu)}(x,y)=\sum_{s=\nu}^{\infty}\left[q^{(s+1)}-q^{(s)}\right]

On démontre que

|z​(x,y)−z(ν)​(x,y)|⩽M​Lν+1​eL​(λ1+μ1)​(λ1+μ1)ν+3(ν+3)!\displaystyle\left|z(x,y)-z^{(\nu)}(x,y)\right|\leqslant ML^{\nu+1}e^{L\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)}\frac{\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)^{\nu+3}}{(\nu+3)!}
|p​(x,y)−p(ν)​(x,y)|⩽M​Lν+1​eL​(λ1+μ1)​(λ1+μ1)ν+2(ν+2)!\displaystyle\left|p(x,y)-p^{(\nu)}(x,y)\right|\leqslant ML^{\nu+1}e^{L\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)}\frac{\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)^{\nu+2}}{(\nu+2)!}
|q​(x,y)−q(ν)​(x,y)|⩽M​Lν+1​eL​(λ1+μ1)​(λ1+μ1)ν+2(ν+2)!\displaystyle\left|q(x,y)-q^{(\nu)}(x,y)\right|\leqslant ML^{\nu+1}e^{L\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)}\frac{\left(\lambda_{1}+\mu_{1}\right)^{\nu+2}}{(\nu+2)!}

Étant donné, un nombre positif a on peut choisir le nombre naturel ν\nu, tel que les seconds membres des inégalités précédentes soient plus petits que ε\varepsilon. Ainsi nons aurons pour le plus petit nombre ν\nu satisfaisant à ces conditions

|z​(x,y)−z(ν)​(x,y)|⩽ε\displaystyle\left|z(x,y)-z^{(\nu)}(x,y)\right|\leqslant\varepsilon
|p​(x,y)−p(ν)​(x,y)|⩽ε\displaystyle\left|p(x,y)-p^{(\nu)}(x,y)\right|\leqslant\varepsilon (5)
|q​(x,y)−q(ν)​(x,y)|⩽ε\displaystyle\left|q(x,y)-q^{(\nu)}(x,y)\right|\leqslant\varepsilon

Le nombre ν\nu ainsi précisé restera fixe dans la suite et jouera un rôle important dans l’intégration numérique de l’équation aux dérivées partielles (1).
16. Pour l’intégration numérique de l’équation aux dérivées partielles (1) nous ferons des nouvelles hypothèses sur la fonction f​(x,y,z,p,q)f(x,y,z,p,q). Ces hypothèses sont imposées par le procédé d’intégration numérique que nous allons employer.

Nous supposerons que la fonction f​(x,y,z,p,q)f(x,y,z,p,q) admette des dérivées partielles par rapport à xx et à yy, du premier et du second ordre continues dans DD. Dans ces conditions nous pouvons prendre pour les nombres A,B,CA,B,C de la condition de Lipschitz (3), des bornes supérieures de |∂f∂z|,|∂f∂p|,|∂f∂q|\left|\frac{\partial f}{\partial z}\right|,\left|\frac{\partial f}{\partial p}\right|,\left|\frac{\partial f}{\partial q}\right| dans DD.

On démontre, avec ces hypothèses, que les fonctions z(s)​(x,y)z^{(s)}(x,y), données par les équations aux dérivées partielles (4) avec les conditions z(s)​(x​,0)=z(s)​(0,y)=0z^{(s)}(x,0)=z^{(s)}(0,y)=0, ont des dérivées partielles par rapport à xx et à yy, du premier et du second ordre, continues dans Δ1\Delta_{1}, et que si nons posons

fs​(x,y)=f​[x,y,z(s−1),p(s−1),q(s−1)]f_{s}(x,y)=f\left[x,y,z^{(s-1)},p^{(s-1)},q^{(s-1)}\right] (6)

où s=1,2,…s=1,2,\ldots, les fonctions fs​(x,y)f_{s}(x,y), où s=0,1,2,…s=0,1,2,\ldots, avec f0(x,y)==f(x,y,0,0,0)f_{0}(x,y)==f(x,y,0,0,0), ont des dérivées partielles par rapport à xx et à yy, du second ordre, continues dans le rectangle Δ1\Delta_{1}, Nous désignerons par NN une borne supérieure des valeurs absolues de toutes les dérivées partielles du second ordre

∂2fs∂x2,∂2fs∂x​∂y,∂2fs∂y2\frac{\partial^{2}f_{s}}{\partial x^{2}},\frac{\partial^{2}f_{s}}{\partial x\partial y},\frac{\partial^{2}f_{s}}{\partial y^{2}} (7)

pour s=0,1,2,…s=0,1,2,\ldots, v. Le nombre NN joue un rôle important dans l’intégration numérique de l’équation aux dérivées partielles (1).’

Étant donné, un nombre positif δ\delta suffisamment petit, désignons par λ\lambda et μ\mu les nombres positifs satisfaisant aux conditions suivantes

λ=min⁡(a,γ−δM),μ=min⁡(b,β−δM),λ​μ≦α−δM\lambda=\min\left(a,\frac{\gamma-\delta}{M}\right),\mu=\min\left(b,\frac{\beta-\delta}{M}\right),\quad\lambda\mu\leqq\frac{\alpha-\delta}{M} (8)

Il est evident que λ≦λ1,μ≦μ1\lambda\leqq\lambda_{1},\mu\leqq\mu_{1}. Nous désignerons dans la suite par Δ\Delta, le rectangle formé par les droites x=0,x=λx=0,x=\lambda et y=0,y=μy=0,y=\mu.

|z(ν)​(xi,yk)−zi​k(ν)|<ε\displaystyle\left|z^{(\nu)}\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(\nu)}\right|<\varepsilon
|p(ν)​(xi,yk)−pk(ν)|<ε\displaystyle\left|p^{(\nu)}\left(x_{i},y_{k}\right)-p_{k}^{(\nu)}\right|<\varepsilon (9)
|q(ν)​(xi,yk)−qi​k(ν)|<ε.\displaystyle\left|q^{(\nu)}\left(x_{i},y_{k}\right)-q_{ik}^{(\nu)}\right|<\varepsilon.

La recherche de l’algorithme se basera sur la formule de cubature (21) du § 1 du premièr chapitre.

§. 2. Application de la formule de cubature (21, $1, I)

  1. 17.

    La première équation (4) du §. 1 et les conditions z(0)(x,0)==z(0)(0,y)=0z^{(0)}(x,0)==z^{(0)}(0,y)=0, domment
    (1)

z(0)​(x,y)=∫0x∫0yf0​(s,t)​𝑑s​𝑑tp(0)​(x,y)=∫0yf0​(x,t)​𝑑t,q(0)​(x,y)=∫0xf0​(s,y)​𝑑s\begin{gathered}z^{(0)}(x,y)=\int_{0}^{x}\int_{0}^{y}f_{0}(s,t)dsdt\\ p^{(0)}(x,y)=\int_{0}^{y}f_{0}(x,t)dt,q^{(0)}(x,y)=\int_{0}^{x}f_{0}(s,y)ds\end{gathered}

Pour calculer z(0)​(x,y)z^{(0)}(x,y) nous utiliserons la première formule de cubature qui conduit à la formule de calcul approché (1) (I, § 3). Pour calculer p(0)​(x,y)p^{(0)}(x,y) et q(0)​(x,y)q^{(0)}(x,y) nous utiliserons la formule de quadrature du trapèze

∫abf​(x)​𝑑x=(b−a)2​[f​(a)+f​(b)]+∫ab(s−a)​(s−b)2​f′′​(s)​𝑑s\int_{a}^{b}f(x)dx=\frac{(b-a)}{2}[f(a)+f(b)]+\int_{a}^{b}\frac{(s-a)(s-b)}{2}f^{\prime\prime}(s)ds

qui conduit à la formule de calcul approché

∫abf​(x)​𝑑x=(b−a)2​n​[f​(a)+f​(b)+2​∑i=1n−1f​(xi)]+R\int_{a}^{b}f(x)dx=\frac{(b-a)}{2n}\left[f(a)+f(b)+2\sum_{i=1}^{n-1}f\left(x_{i}\right)\right]+R (2)

où les points x1,x2,…,xn−1x_{1},x_{2},\ldots,x_{n-1} partagent en nn parties égales l’intervalle ( a,ba,b ). Pour le reste RR nous avons l’évaluation suivante

|R|≦(b−a)312​n2​N1|R|\leqq\frac{(b-a)^{3}}{12n^{2}}N_{1} (3)

où N1N_{1} est une borne supérieure de |f′′​(x)|\left|f^{\prime\prime}(x)\right| dans l’intervalle [a,b][a,b].
Soit ε1\varepsilon_{1} un nombre positif que nous préciserons plus loin et n,mn,m deux nombres naturels correspondant à ε1\varepsilon_{1}. Partageons les intervalles ( 0,λ0,\lambda ) et (0,μ)(0,\mu) en nn et mm parties égales par les points x1,…,xn−1x_{1},\ldots,x_{n-1} et y1,…,ym−1y_{1},\ldots,y_{m-1} Les droites x=xix=x_{i} et y=yky=y_{k} où i=0,1,…,ni=0,1,\ldots,n et k=0,1,…,mk=0,1,\ldots,m, ( x0=0,xn=λ,y0=0,ym=μx_{0}=0,x_{n}=\lambda,y_{0}=0,y_{m}=\mu ) forment un réseau Γ\Gamma. Nous allons calculer z(0)​(x,y),p(0)​(x,y),q(0)​(x,y)z^{(0)}(x,y),p^{(0)}(x,y),q^{(0)}(x,y) sur les noeuds de ce réseau. Désignons par Δi​k\Delta_{ik} le rectangle formé par les droites x=0,x=xi,y=0,y=ykx=0,x=x_{i},y=0,y=y_{k}. En appliquant les formules de calcul approché, nous aurons
(4)

z(0)​(xi,yk)=zi​k(0)+Ri​k(0)\displaystyle z^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right)=z_{ik}^{(0)}+R_{ik}^{(0)}
p(0)​(xi,yk)=pi​k(0)+Ri​k(0)\displaystyle p^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right)=p_{ik}^{(0)}+R_{ik}^{(0)}
q(0)​(xi,yk)=qi​k(0)+Ri​k(0)′′\displaystyle q^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right)=q_{ik}^{(0)}+R_{ik}^{(0)^{\prime\prime}}

où

zi​k(0)=λ​μ2​n​m|∑j=0i−1f0​(xj​,0)\displaystyle\left.z_{ik}^{(0)}=\frac{\lambda\mu}{2nm}\right\rvert\,\sum_{j=0}^{i-1}f_{0}\left(x_{j},0\right) +∑l=1k−1f0​(0,ye)+∑j=1if0​(xj,yk)+∑l=1k−1f0​(xi,yl)+\displaystyle+\sum_{l=1}^{k-1}f_{0}\left(0,y_{e}\right)+\sum_{j=1}^{i}f_{0}\left(x_{j},y_{k}\right)+\sum_{l=1}^{k-1}f_{0}\left(x_{i},y_{l}\right)+
+2∑j=1i−1∑l=1k−1f0(xj,yl:)]\displaystyle\left.+2\sum_{j=1}^{i-1}\sum_{l=1}^{k-1}f_{0}\left(x_{j},y_{l:}\right)\right] (5)
pi​k(0)=μ2​m​[f0​(xi​,0)+f0​(xi,yk)+2​∑l=2k−1f0​(xi,yl)]\displaystyle p_{ik}^{(0)}=\frac{\mu}{2m}\left[f_{0}\left(x_{i},0\right)+f_{0}\left(x_{i},y_{k}\right)+2\sum_{l=2}^{k-1}f_{0}\left(x_{i},y_{l}\right)\right]
qi​k(0)=λ2​n​[f0​(0,yk)+f0​(xi,yk)+2​∑j=1i−1f0​(xj,yk)]\displaystyle q_{ik}^{(0)}=\frac{\lambda}{2n}\left[f_{0}\left(0,y_{k}\right)+f_{0}\left(x_{i},y_{k}\right)+2\sum_{j=1}^{i-1}f_{0}\left(x_{j},y_{k}\right)\right]

et mons avons

|Ri​k(0)|⩽λ​μ12​in​km​(λ2n2+3​λ​μn​m+μ2m2)​N.\displaystyle\left|R_{ik}^{(0)}\right|\leqslant\frac{\lambda\mu}{12}\frac{i}{n}\frac{k}{m}\left(\frac{\lambda^{2}}{n^{2}}+3\frac{\lambda\mu}{nm}+\frac{\mu^{2}}{m^{2}}\right)N.
|Ri​k(0)′|⩽μ312​m2​km​N,|Ri​k(0)′′|⩽λ312​n2​in​N\displaystyle\left|R_{ik}^{(0)^{\prime}}\right|\leqslant\frac{\mu^{3}}{12m^{2}}\frac{k}{m}N,\quad\left|R_{ik}^{(0)^{\prime\prime}}\right|\leqslant\frac{\lambda^{3}}{12n^{2}}\frac{i}{n}N

Comme in⩽1,km⩽1\frac{i}{n}\leqslant 1,\frac{k}{m}\leqslant 1 on peut encore écrire

|Ri​k(0)|⩽λ​μ12​(λ2n2+3​λ​μn​m+μ2m2)​N\displaystyle\left|R_{ik}^{(0)}\right|\leqslant\frac{\lambda\mu}{12}\left(\frac{\lambda^{2}}{n^{2}}+3\frac{\lambda\mu}{nm}+\frac{\mu^{2}}{m^{2}}\right)N
|Ri​k(1)⁣′|⩽μ312​m2​N,|Ri​k(0)′′|⩽λ312​n2​N\displaystyle\left|R_{ik}^{(1)\prime}\right|\leqslant\frac{\mu^{3}}{12m^{2}}N,\quad\left|R_{ik}^{(0)^{\prime\prime}}\right|\leqslant\frac{\lambda^{3}}{12n^{2}}N

Nous dirons que zi​k(0),pi​k(0),qi​k(0)z_{ik}^{(0)},p_{ik}^{(0)},q_{ik}^{(0)} données par les formules (5) sont les „valeurs calculées" de z​(xi,yk),p​(xi,yk),q​(xi,yk)z\left(x_{i},y_{k}\right),p\left(x_{i},y_{k}\right),q\left(x_{i},y_{k}\right) sur les noeuds (xi,yk)\left(x_{i},y_{k}\right).

Nous pouvons choisir les plus petits nombres naturels nn et mm tels que

λ312​n2​N<ε1,μ312​m2​N<ε1,λ​μ12​(λ2n2+3​λ​μm​m+μ2m2)​N<ε1\frac{\lambda^{3}}{12n^{2}}N<\varepsilon_{1},\quad\frac{\mu^{3}}{12m^{2}}N<\varepsilon_{1},\quad\frac{\lambda\mu}{12}\left(\frac{\lambda^{2}}{n^{2}}+3\frac{\lambda\mu}{mm}+\frac{\mu^{2}}{m^{2}}\right)N<\varepsilon_{1} (7)

et alors nous aurons dans les formules (4)

|Ri​k(0)|,|Ri​k(n)′|,|Ri​k(0)′′|<ε1\left|R_{ik}^{(0)}\right|,\left|R_{ik}^{(n)^{\prime}}\right|,\left|R_{ik}^{(0)^{\prime\prime}}\right|<\varepsilon_{1} (8)

Les nombres naturels nn et mm une fois choisis par les conditions (7) restent fixes dans la suite et par suite le réseau Γ\Gamma est bien déterminé.
18. Passons au calcul de z(1)​(x,y),p(1)​(x,y),q(1)​(x,y)z^{(1)}(x,y),p^{(1)}(x,y),q^{(1)}(x,y). Nous avons

z(1)​(x,y)=∫0x​yf​[s,t,z(1)​(s,t),p(0)​(s,t),q(0)​(s,t)]​𝑑s​𝑑t\displaystyle z^{(1)}(x,y)=\int_{0}^{xy}f\left[s,t,z^{(1)}(s,t),p^{(0)}(s,t),q^{(0)}(s,t)\right]dsdt
p(1)​(x,y)=∫0yf​[x,t,z(0)​(x,t),p(x,t),q(0)​(x,t)]​𝑑t\displaystyle p^{(1)}(x,y)=\int_{0}^{y}f\left[x,t,z^{(0)}(x,t),p\quad(x,t),q^{(0)}(x,t)\right]dt
q(1)​(x,y)=∫0xf​[s,y,z(0)​(s,y),p(0)​(s,y),q(0)​(s,y)]​𝑑sq^{(1)}(x,y)=\int_{0}^{x}f\left[s,y,z^{(0)}(s,y),p^{(0)}(s,y),q^{(0)}(s,y)\right]ds

et nous pouvons appliquer pour le calcul de z(1​(x,y),p(1)​(x,y),q(1)​(x,y)z^{(1}(x,y),p^{(1)}(x,y),q^{(1)}(x,y)
les formules de calcul approché sur les noeuds (xi,yk)\left(x_{i},y_{k}\right) les formules de calcul approché sur les noeuds (xi,yk)\left(x_{i},y_{k}\right)

z(1)​(xi,yk)=[zi​k(1)]+ri​k(1)z^{(1)}\left(x_{i},y_{k}\right)=\left[z_{ik}^{(1)}\right]+r_{ik}^{(1)}

où

p(1)​(xi,yk)=[pi​k(1)]+ri​k(1)′\displaystyle p^{(1)}\left(x_{i},y_{k}\right)=\left[p_{ik}^{(1)}\right]+r_{ik}^{(1)^{\prime}} (10)
q(1)​(xi,yk)=[qi​k(1)]+ri​k(1)′′,\displaystyle q^{(1)}\left(x_{i},y_{k}\right)=\left[q_{ik}^{(1)}\right]+r_{ik}^{(1)^{\prime\prime}},
|ri​k(1)|,|ri​k(1)′|,|ri​k(1)′′|<ε1\left|r_{ik}^{(1)}\right|,\quad\left|r_{ik}^{(1)^{\prime}}\right|,\quad\left|r_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}\right|<\varepsilon_{1} (11)

et

[(1)lk]==λ​μ2​n​m\displaystyle{\left[\begin{array}[]{l}(1)\\ lk]=\end{array}=\frac{\lambda\mu}{2nm}\right.} {∑j=0i−1f[xj,0,z(0)(xj,0),p(0)(xj,0),q(0)(xj,0)]\displaystyle\left\{\sum_{j=0}^{i-1}f\left[x_{j},0,z^{(0)}\left(x_{j},0\right),p^{(0)}\left(x_{j},0\right),q^{(0)}\left(x_{j},0\right)\right]\right.
+∑l=1k−1f​[0,yl,z(0)​(0,yl),p(0)​(0,yl),q(0)​(0,yl)]\displaystyle+\sum_{l=1}^{k-1}f\left[0,y_{l},z^{(0)}\left(0,y_{l}\right),p^{(0)}\left(0,y_{l}\right),q^{(0)}\left(0,y_{l}\right)\right]
+∑j=1if​[xj,yk,z(0)​(xj,yk),p(0)​(xj,yk),q(0)​(xj,yk)]\displaystyle+\sum_{j=1}^{i}f\left[x_{j},y_{k},z^{(0)}\left(x_{j},y_{k}\right),p^{(0)}\left(x_{j},y_{k}\right),q^{(0)}\left(x_{j},y_{k}\right)\right]
+∑l=1k−1f​[xi,yl,z(0)​(xi,yl),p(0)​(xi,yl),q(0)​(xi,yl)]\displaystyle+\sum_{l=1}^{k-1}f\left[x_{i},y_{l},z^{(0)}\left(x_{i},y_{l}\right),p^{(0)}\left(x_{i},y_{l}\right),q^{(0)}\left(x_{i},y_{l}\right)\right]
+2​∑j=1i−1∑l=1k−1f​[xj,yl,z(0)​(xj,yl),p(0)​(xj,yl),q(0)​(xj,yl)]\displaystyle+2\sum_{j=1}^{i-1}\sum_{l=1}^{k-1}f\left[x_{j},y_{l},z^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right),p^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right),q^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right]
[pi​k(1)]=\displaystyle{\left[p_{ik}^{(1)}\right]=} μ2​m{f[xi,0,z(0)(xi,0),p(0)(xi,0),q(0)(xi,0)]\displaystyle\frac{\mu}{2m}\left\{f\left[x_{i},0,z^{(0)}\left(x_{i},0\right),p^{(0)}\left(x_{i},0\right),q^{(0)}\left(x_{i},0\right)\right]\right.
+f​[xi,yk,z(0)​(xi,yk),p(0)​(xi,yk),q(0)​(xi,yk)]\displaystyle+f\left[x_{i},y_{k},z^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right),p^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right),q^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right)\right] (12)
+2∑l=1k−1f[xi,yl,z(0)(xi,yl),p(0)(xi,yl),q(0)(xi,yl)]}\displaystyle\left.+2\sum_{l=1}^{k-1}f\left[x_{i},y_{l},z^{(0)}\left(x_{i},y_{l}\right),p^{(0)}\left(x_{i},y_{l}\right),q^{(0)}\left(x_{i},y_{l}\right)\right]\right\}
[ql​k(1)]=\displaystyle{\left[q_{lk}^{(1)}\right]=} λ2​n{f[0,yk,z(0)(0,yk),p(0)(0,yk),q(0)(0,yk)]\displaystyle\frac{\lambda}{2n}\left\{f\left[0,y^{k},z^{(0)}\left(0,y_{k}\right),p^{(0)}\left(0,y_{k}\right),q^{(0)}\left(0,y_{k}\right)\right]\right.
+f​[xi,yk,z(0)​(xi,yk),p(0)​(xi,yk),q(0)​(xi,yk)]\displaystyle+f\left[x_{i},y_{k},z^{(0)}\left(x_{i},y^{k}\right),p^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right),q^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right)\right]
+2∑j=1i−1f[xj,yk,z(0)(xj,yk),p(0)(xj,yk),q(0)(xj,yk)]}\displaystyle\left.+2\sum_{j=1}^{i-1}f\left[x_{j},y_{k},z^{(0)}\left(x_{j},y_{k}\right),p^{(0)}\left(x_{j},y^{k}\right),q^{(0)}\left(x_{j},y_{k}\right)\right]\right\}

Mais les valeurs de z(0)​(x,y),p(0)​(x,y),q(0)​(x,y)z^{(0)}(x,y),p^{(0)}(x,y),q^{(0)}(x,y) sur les noeuds (xi,yk)\left(x_{i},y_{k}\right) sont données approximativement par les formules (4). Si ε1\varepsilon_{1} est assez petit nous pouvons remplacer en général dans les formules (12) les valeurs de z(0)​(xi,yk)​p(0)​(xi,yk),q(0)​(xi,yk)z^{(0)}\left(x_{i},y^{k}\right)p^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right),q^{(0)}\left(x_{i},y_{k}\right) par zi​k(0),pi​k(0),qi​k(0)z_{ik}^{(0)},p_{ik}^{(0)},q_{ik}^{(0)}. Nous démontrerons cela au nr. 20.

Désignons par zi​k(1),pi​k(1),qi​k(1)z_{ik}^{(1)},p_{ik}^{(1)},q_{ik}^{(1)} les nombres obtenus en remplaçant dans [zi​k(1)],[pi​k(1)],[yi​k(1)],z(0)​(xj,yl),p(0)​(xj,yl),q(0)​(xj,yl)\left[z_{ik}^{(1)}\right],\left[p_{ik}^{(1)}\right],\quad\left[y_{ik}^{(1)}\right],\quad z^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right),\quad p^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right),\quad q^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right)\quad pas zj​l(0),pj​l(0),qj​l(0)z_{jl}^{(0)},\quad p_{jl}^{(0)},q_{jl}^{(0)} c’est à dire

zi​k(1)\displaystyle z_{ik}^{(1)} =λ​μ2​n​m[∑j=0i−1f(xj,0,zj​0(0),pj​0(0),qj​0(0))+∑l=1k−1f(0,yl,z0​l(0),p0​l(0),q0​l(0))\displaystyle=\frac{\lambda\mu}{2nm}\left[\sum_{j=0}^{i-1}f\left(x_{j},0,z_{j0}^{(0)},p_{j0}^{(0)},q_{j0}^{(0)}\right)+\sum_{l=1}^{k-1}f\left(0,y_{l},z_{0l}^{(0)},p_{0l}^{(0)},q_{0l}^{(0)}\right)\right.
+∑j=1if​(xj,yk,zj​k(0),pj​k(0),qj​k(0))+∑l=1k−1f​(xi,yl,zi​l(0),pi​l(0),qi​l(0))\displaystyle+\sum_{j=1}^{i}f\left(x_{j},y_{k},z_{jk}^{(0)},p_{jk}^{(0)},q_{jk}^{(0)}\right)+\sum_{l=1}^{k-1}f\left(x_{i},y_{l},z_{il}^{(0)},p_{il}^{(0)},q_{il}^{(0)}\right)
+2∑j=1i−1∑l=1k−1f(xj,yl,zj​l(0),pj​l(0),qj​l(0))]\displaystyle\left.+2\sum_{j=1}^{i-1}\sum_{l=1}^{k-1}f\left(x_{j},y_{l},z_{jl}^{(0)},p_{jl}^{(0)},q_{jl}^{(0)}\right)\right]
pi​k(1)\displaystyle p_{ik}^{(1)} =μ2​m[f(xi,0,zi​0(0),pi​0(0),qi​0(0))+f(xi,yk,zi​k(0),pi​k(0),ql​k(0))\displaystyle=\frac{\mu}{2m}\left[f\left(x_{i},0,z_{i0}^{(0)},p_{i0}^{(0)},q_{i0}^{(0)}\right)+f\left(x_{i},y_{k},z_{ik}^{(0)},p_{ik}^{(0)},q_{lk}^{(0)}\right)\right.
+2∑l=1k−1f(xi,yl,zl​l(0),pi​l(0),qi​l(0))]\displaystyle\left.+2\sum_{l=1}^{k-1}f\left(x_{i},y_{l},z_{ll}^{(0)},p_{il}^{(0)},q_{il}^{(0)}\right)\right]
qi​k(1)\displaystyle q_{ik}^{(1)} =λ2​n[f(0,yk,z0​k(0),p0​k(1),q0​k(0))+f(xi,yk,zi​k(0),pi​k(0),qi​k(0))\displaystyle=\frac{\lambda}{2n}\left[f\left(0,y_{k},z_{0k}^{(0)},p_{0k}^{(1)},q_{0k}^{(0)}\right)+f\left(x_{i},y_{k},z_{ik}^{(0)},p_{ik}^{(0)},q_{ik}^{(0)}\right)\right.
+2∑j=1i−1f(xj,yk,zj​k(0),pj​k(0),qj​k(0))]\displaystyle\left.+2\sum_{j=1}^{i-1}f\left(x_{j},y_{k},z_{jk}^{(0)},p_{jk}^{(0)},q_{jk}^{(0)}\right)\right]

En posant

[zi​k(1)]=zi​k(1)+ϱi​k(1)\displaystyle{\left[z_{ik}^{(1)}\right]=z_{ik}^{(1)}+\varrho_{ik}^{(1)}}
[pi​k(1)]=pi​k(1)+ϱi​k(1)′\displaystyle{\left[p_{ik}^{(1)}\right]=p_{ik}^{(1)}+\varrho_{ik}^{(1)^{\prime}}}
[qi​k(1)]=qi​k(1)+ϱi​k(1)′′,\displaystyle{\left[q_{ik}^{(1)}\right]=q_{ik}^{(1)}+\varrho_{ik}^{(1)^{\prime\prime}},}

nous aurons

ϱi​k(1)=λ​μ2​n​m{…+[f(xj,yl,z(0)(xj,yl),p(0)(xj,yl),q(0)(xj,yl)−f(xj,yl,zj​l(0),pj​l(0),qj​l(0))]+⋯}\displaystyle\begin{array}[]{l}\varrho_{ik}^{(1)}=\frac{\lambda\mu}{2nm}\left\{\ldots+\left[f\left(x_{j},y_{l},z^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right),p^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right),q^{(0)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right.\right.\right.\\ \left.\left.\quad-f\left(x_{j},y_{l},z_{jl}^{(0)},p_{jl}^{(0)},q_{jl}^{(0)}\right)\right]+\cdots\right\}\end{array}
ϱi​k(1)⁣′=…​…\displaystyle\varrho_{ik}^{(1)\prime}=\ldots\ldots
ϱi​k(1)′′=…​…\displaystyle\varrho_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}=\ldots\ldots

18 - Mathematica

De ces formules, il résulte que

|ϱi​k(1)|⩽λ​μ​in​km​(A+B+C)​ε1⩽λ​μ​(A+B+C)​ε1\displaystyle\left|\varrho_{ik}^{(1)}\right|\leqslant\lambda\mu\frac{i}{n}\frac{k}{m}(A+B+C)\varepsilon_{1}\leqslant\lambda\mu(A+B+C)\varepsilon_{1}
|ϱi​k(1)′|⩽μ​km​(A+B+C)​ε1⩽μ​(A+B+C)​ε1\displaystyle\left|\varrho_{ik}^{(1)^{\prime}}\right|\leqslant\mu\frac{k}{m}(A+B+C)\varepsilon_{1}\leqslant\mu(A+B+C)\varepsilon_{1} (14)
|ϱi​k(1)′′|⩽λ​in​(A+B+C)​ε1⩽λ​(A+B+C)​ε1\displaystyle\left|\varrho_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}\right|\leqslant\lambda\frac{i}{n}(A+B+C)\varepsilon_{1}\leqslant\lambda(A+B+C)\varepsilon_{1}

En désignant par

Q=max⁡[λ​μ​(A+B+C),μ​(A+B+C),λ​(A+B+C)]Q=\max[\lambda\mu(A+B+C),\mu(A+B+C),\lambda(A+B+C)] (15)

nous aurons
(14’)

|ϱi​k(1)|,|ϱi​k(1)′|,|ϱi​k(1)′′|<Q​ε1.\left|\varrho_{ik}^{(1)}\right|,\quad\left|\varrho_{ik}^{(1)^{\prime}}\right|,\quad\left|\varrho_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}\right|<Q\varepsilon_{1}.

Nous avons donc

z(1)​(xi,yk)\displaystyle z^{(1)}\left(x_{i},y_{k}\right) =zi​k(1)+Ri​k(1)\displaystyle=z_{ik}^{(1)}+R_{ik}^{(1)}
p(1)​(xi,yk)\displaystyle p^{(1)}\left(x_{i},y_{k}\right) =pi​k(1)+Ri​k(1)′\displaystyle=p_{ik}^{(1)}+R_{ik}^{(1)^{\prime}} (16)
q(1)​(xi,yk)\displaystyle q^{(1)}\left(x_{i},y_{k}\right) =qi​k(1)+Ri​k(1)′′\displaystyle=q_{ik}^{(1)}+R_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}

où

Ri​k(1)=ri​k(1)+ϱi​k(1),Ri​k(1)′=ri​k(1)′+ϱi​k(1)′,Ri​k(1)′′=ri​k(1)′′+ϱi​k(1)′′.R_{ik}^{(1)}=r_{ik}^{(1)}+\varrho_{ik}^{(1)},\quad R_{ik}^{(1)^{\prime}}=r_{ik}^{(1)^{\prime}}+\varrho_{ik}^{(1)^{\prime}},\quad R_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}=r_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}+\varrho_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}.

D’après les inégalités (11) et (14) nous avons dans les formules (16)

|Ri​k(1)|,|Ri​k(1)′|,|Ri​k(1)′′|<(1+Q)​ε1.\left|R_{ik}^{(1)}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(1)^{\prime}}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(1)^{\prime\prime}}\right|<(1+Q)\varepsilon_{1}. (17)
  1. 19.

    Passons au cas général. Supposons que nous ayons démontré les formules

z(s−1)​(xi,yk)=zi​k(s−1)+Ri​k(s−1)\displaystyle z^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right)=z_{ik}^{(s-1)}+R_{ik}^{(s-1)}
p(s−1)​(xi,yk)=pi​k(s−1)+Ri​k(s−1)′\displaystyle p^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right)=p_{ik}^{(s-1)}+R_{ik}^{(s-1)^{\prime}} (18)
q(s−1)​(xi,yk)=qi​k(s−1)+Ri​k(s−1)′′\displaystyle q^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right)=q_{ik}^{(s-1)}+R_{ik}^{(s-1)^{\prime\prime}}

analogues aux formules (16) et les inégalités

|Rl​k(s−1)|,|Rl​k(s−1)|,|Rl​k(s−1)′′|<(1+Q+…+Qs−1)​ε1\left|R_{lk}^{(s-1)}\right|,\quad\left|R_{lk}^{(s-1)}\right|,\quad\left|R_{lk}^{(s-1)^{\prime\prime}}\right|<\left(1+Q+\ldots+Q^{s-1}\right)\varepsilon_{1} (19)

analogues aux inégalités (17).
Pour s=2s=2 les formules (18) et les inégalités (19) se réduisent als formules (16) et aux inégalités (17).

La fonction z(s)​(x,y)z^{(s)}(x,y) et ses dérivées partielles p(s)​(x,y),q(s)​(x,y′)p^{(s)}(x,y),q^{(s)}\left(x,y^{\prime}\right) sont données par les formules

z(s)​(x,y)\displaystyle z^{(s)}(x,y) =∫0x​yf​[ξ,η,z(s−1)​(ξ,η),p(s−1)​(ξ,η),q(s−1)​(ξ,η)]​𝑑ξ​𝑑η\displaystyle=\int_{0}^{xy}f\left[\xi,\eta,z^{(s-1)}(\xi,\eta),p^{(s-1)}(\xi,\eta),q^{(s-1)}(\xi,\eta)\right]d\xi d\eta
p(s)​(x,y)\displaystyle p^{(s)}(x,y) =∫0yf​[x,η,z(s−1)​(x,η),p(s−1)​(x,η),q(s−1)​(x,η)]​𝑑η\displaystyle=\int_{0}^{y}f\left[x,\eta,z^{(s-1)}(x,\eta),p^{(s-1)}(x,\eta),q^{(s-1)}(x,\eta)\right]d\eta
q(s)​(x,y)\displaystyle q^{(s)}(x,y) =∫0xf​[ξ,y,z(s−1)​(ξ,y),p(s−1)​(ξ,y),q(s−1)​(ξ,y)]​𝑑ξ\displaystyle=\int_{0}^{x}f\left[\xi,y,z^{(s-1)}(\xi,y),p^{(s-1)}(\xi,y),q^{(s-1)}(\xi,y)\right]d\xi

et nous aurons sur les noeuds du réseau Γ\Gamma

z(s)​(xi,yk)\displaystyle z^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right) =∫0xi​yk∫0f​[ξ,η1,z(s−1)​(ξ,η),p(s−1)​(ξ,η),q(s−1)​(ξ,η)]​𝑑ξ​𝑑η\displaystyle=\int_{0}^{x_{i}y_{k}}\int_{0}f\left[\xi,\eta_{1},z^{(s-1)}(\xi,\eta),p^{(s-1)}(\xi,\eta),q^{(s-1)}(\xi,\eta)\right]d\xi d\eta
p(s)​(xi,yk)\displaystyle p^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right) =∫0ykf​[xi,η,z(s−1)​(xi,η),p(s−1)​(xi,η),q(s−1)​(xi,η)]​𝑑η\displaystyle=\int_{0}^{y_{k}}f\left[x_{i},\eta,z^{(s-1)}\left(x_{i},\eta\right),p^{(s-1)}\left(x_{i},\eta\right),q^{(s-1)}\left(x_{i},\eta\right)\right]d\eta
q(s)​(xi,yk)\displaystyle q^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right) =∫0xif​[ξ,ηk,z(s−1)​(ξ,ηk),p(s−1)​(ξ,ηk),q(s−1)​(ξ,ηk)]​𝑑ξ\displaystyle=\int_{0}^{x_{i}}f\left[\xi,\eta_{k},z^{(s-1)}\left(\xi,\eta_{k}\right),p^{(s-1)}\left(\xi,\eta_{k}\right),q^{(s-1)}\left(\xi,\eta_{k}\right)\right]d\xi

Nous pouvons appliquer aux intégrales du second membre, les formules de calcul approché que nous avons utilisé, et nons aurons
où

z(s)​(xi,yk)=[zl​k(s)]+ri​k(s)\displaystyle z^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)=\left[z_{lk}^{(s)}\right]+r_{ik}^{(s)} (20)
p(s)​(xi,yk)=[pi​k(s)]+ri​k(s)′\displaystyle p^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)=\left[p_{ik}^{(s)}\right]+r_{ik}^{(s)^{\prime}}
q(s)​(xi,yk)=[qi​k(s)]+ri​k(s)′′\displaystyle q^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)=\left[q_{ik}^{(s)}\right]+r_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}
[zi​k(s)]=λi2​n​m{∑j=0i−1f[xj,0,z(s−1)(xj,0),p(s−1)(xi,0),q(s−1)(xj,0)]+\displaystyle{\left[z_{ik}^{(s)}\right]=\frac{\lambda_{i}}{2nm}\left\{\sum_{j=0}^{i-1}f\left[x_{j},0,z^{(s-1)}(xj,0),p^{(s-1)}\left(x_{i},0\right),q^{(s-1)}\left(x_{j},0\right)\right]+\right.}
+∑l=1k−1f​[0,yl,z(s−1)​(0,yl),p(s−1)​(0,yl),q(s−1)​(0,yl)]+\displaystyle+\sum_{l=1}^{k-1}f\left[0,y_{l},z^{(s-1)}\left(0,y_{l}\right),p^{(s-1)}\left(0,y_{l}\right),q^{(s-1)}\left(0,y_{l}\right)\right]+
+∑j=1if​[xj,yk,z(s−1)​(xj,yk),p(s−1)​(xj,yk),q(s−1)​(xj,yk)]+\displaystyle+\sum_{j=1}^{i}f\left[x_{j},y_{k},z^{(s-1)}\left(x_{j},y_{k}\right),p^{(s-1)}\left(x_{j},y_{k}\right),q^{(s-1)}\left(x_{j},y_{k}\right)\right]+
+∑l=1k−1f​[xi,yl,z(s−1)​(xi,yl),p(s−1)​(xi,yl),q(s−1)​(xi,yl)]+\displaystyle+\sum_{l=1}^{k-1}f\left[x_{i},y_{l},z^{(s-1)}\left(x_{i},y_{l}\right),p^{(s-1)}\left(x_{i},y_{l}\right),q^{(s-1)}\left(x_{i},y_{l}\right)\right]+
+2​∑j=1l−1∑l=1k−1f​[xj,yl,z(s−1)​(xj,yl),p(s−1)​(xj,yl),q(s−1)​(xj,yl)]+2\sum_{j=1}^{l-1}\sum_{l=1}^{k-1}f\left[x_{j},y_{l},z^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right),p^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right),q^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right]
[pi​k(s)]=\displaystyle{\left[p_{ik}^{(s)}\right]=} μ2​m{f[xi,0,z(s−1)(xi,0),p(s−1)(xi,0),q(s−1)(xi,0)]+\displaystyle\frac{\mu}{2m}\left\{f\left[x_{i},0,z^{(s-1)}\left(x_{i},0\right),p^{(s-1)}\left(x_{i},0\right),q^{(s-1)}\left(x_{i},0\right)\right]+\right. (21)
+f​[xi,yk,z(s−1)​(xi,yk),p(s−1)​(xi,yk),q(s−1)​(xi,yk)]+\displaystyle+f\left[x_{i},y_{k},z^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right),p^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right),q^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right)\right]+ (24)
+2∑l=1k−1f[xi,yl,z(s−1)(xi,yl),p(s−1)(xi,yl),q(s−1)(xi,yl)]}\displaystyle\left.+2\sum_{l=1}^{k-1}f\left[x_{i},y_{l},z^{(s-1)}\left(x_{i},y_{l}\right),p^{(s-1)}\left(x_{i},y_{l}\right),q^{(s-1)}\left(x_{i},y_{l}\right)\right]\right\}
[qi​k(s)]=\displaystyle{\left[q_{ik}^{(s)}\right]=} λ2​n{f[0,yk,z(s−1)(0,yk),p(s−1)(0,yk),q(s−1)(0,yk)]+\displaystyle\frac{\lambda}{2n}\left\{f\left[0,y_{k},z^{(s-1)}\left(0,y_{k}\right),p^{(s-1)}\left(0,y_{k}\right),q^{(s-1)}\left(0,y_{k}\right)\right]+\right.
+f​[xi,yk,z(s−1)​(xi,yk),p(s−1)​(xi,yk),q(s−1)​(xi,yk)]+\displaystyle+f\left[x_{i},y_{k},z^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right),p^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right),q^{(s-1)}\left(x_{i},y_{k}\right)\right]+
+2∑j=1i−1f[xj,yk,z(s−1)(xj,yk),p(s−1)(xj,yk),q(s−1)(x,yk)]}\displaystyle\left.+2\sum_{j=1}^{i-1}f\left[x_{j},y_{k},z^{(s-1)}\left(x_{j},y_{k}\right),p^{(s-1)}\left(x_{j},y_{k}\right),q^{(s-1)}\left(x,y_{k}\right)\right]\right\}
+2∑j=1i−1f(xj,yk,zi​k(s−1),pj​k(s−1),qj​k(s−1))].\left.+2\sum_{j=1}^{i-1}f\left(x_{j},y_{k},z_{ik}^{(s-1)},p_{jk}^{(s-1)},q_{jk}^{(s-1)}\right)\right].

En posant

[∑i​k(s)]=zi​k(s)+ϱi​k(s)\displaystyle{\left[\sum_{ik}^{(s)}\right]=z_{ik}^{(s)}+\varrho_{ik}^{(s)}}
[pi​k(s)]=pi​k(s)+ϱi​k(s)′\displaystyle{\left[p_{ik}^{(s)}\right]=p_{ik}^{(s)}+\varrho_{ik}^{(s)^{\prime}}}
[qi​k(s)]=qi​k(s)+ϱi​k(s)′′\displaystyle{\left[q_{ik}^{(s)}\right]=q_{ik}^{(s)}+\varrho_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}}

nous aurons

ϱi​k(s)=λi​l2​n​m{⋯+[f(xj,yl,z(s−1)(xj,yl),p(s−1)(xj,yl),q(s−1)(xj,yl))−\displaystyle\varrho_{ik}^{(s)}=\frac{\lambda_{il}}{2nm}\left\{\cdots+\left[f\left(x_{j},y_{l},z^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right),p^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right),q^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right)-\right.\right.
−f(xj,yl,zl​l(s−1),pj​l(s−1),ql​l(s−1))]+…}\displaystyle\left.\left.\quad-f\left(x_{j},y_{l},z_{ll}^{(s-1)},p_{jl}^{(s-1)},q_{ll}^{(s-1)}\right)\right]+\ldots\right\}
ϱi​k(s)⁣′=…\displaystyle\quad\varrho_{ik}^{(s)\prime}=\ldots
ϱi​k(s)⁣′′=…\displaystyle\varrho_{ik}^{(s)\prime\prime}=\ldots

et où

|ri​k(s)|,|ri​k(s)′|,|ri​k(s)′′|<ε1.\left|r_{ik}^{(s)}\right|,\quad\left|r_{ik}^{(s)^{\prime}}\right|,\quad\left|r_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}\right|<\varepsilon_{1}. (22)

Désignons par zi​k(s),pi​k(s),qi​k(s)z_{ik}^{(s)},p_{ik}^{(s)},q_{ik}^{(s)} les nombres obtenus en remplaçant dans es seconds membres des formules (21) en général z(s−1)​(xj,yl),p(s−1)​(xj,yl)z^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right),p^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right), q(s−1)​(xj,yl)q^{(s-1)}\left(x_{j},y_{l}\right) par zj​l(s−1),pj​l(s−1),qj​l(s−1)z_{jl}^{(s-1)},p_{jl}^{(s-1)},q_{jl}^{(s-1)}. Nous démontrerons au 11r. 20 que cela est possible. Nous aurons done
zi​k(s)=λ​μ2​n​m[∑j=0l−1f(xj,0,zj​0(s−1),pj​0(s−1),qj​0(s−1))+∑l=1k−1f(0,yl,z0​l(s−1),p0​l(s−1),q0​l(s−1))+z_{ik}^{(s)}=\frac{\lambda\mu}{2nm}\left[\sum_{j=0}^{l-1}f\left(x_{j},0,z_{j0}^{(s-1)},p_{j0}^{(s-1)},q_{j0}^{(s-1)}\right)+\sum_{l=1}^{k-1}f\left(0,y_{l},z_{0l}^{(s-1)},p_{0l}^{(s-1)},q_{0l}^{(s-1)}\right)+\right.

+∑j=1lf(xj,yk,zj​k(s−1),pj​k(s−1),qj​k(s−1))+∑l=1k−1f(xi,yl,zl​l(s−1),pi​l(s−1)+2∑j=1i−1∑l=1k−1f(xj,yl,zj​l(s−1),pj​l(s−1),qj​l(k−1))]\begin{array}[]{r}+\sum_{j=1}^{l}f\left(x_{j},y_{k},z_{jk}^{(s-1)},p_{jk}^{(s-1)},q_{jk}^{(s-1)}\right)+\sum_{l=1}^{k-1}f\left(x_{i},y_{l},z_{ll}^{(s-1)},p_{il}^{(s-1)}\right.\\ \left.+2\sum_{j=1}^{i-1}\sum_{l=1}^{k-1}f\left(x_{j},y_{l},z_{jl}^{(s-1)},p_{jl}^{(s-1)},q_{jl}^{(k-1)}\right)\right]\end{array}

(23) pi​k(s)=μ2​m[f(xi,0,zi​0(s−1),pi​0(s−1),qi​0(s−1))+f(xi,yk,zi​k(s−1),pi​k(s−1),qi​k(s−1))+p_{ik}^{(s)}=\frac{\mu}{2m}\left[f\left(x_{i},0,z_{i0}^{(s-1)},p_{i0}^{(s-1)},q_{i0}^{(s-1)}\right)+f\left(x_{i},y_{k},z_{ik}^{(s-1)},p_{ik}^{(s-1)},q_{ik}^{(s-1)}\right)+\right.

+2∑l=1k−1f(xi,yl,zi​l(s−1),pi​l(s−1),qi​l(s−1))]\displaystyle\left.+2\sum_{l=1}^{k-1}f\left(x_{i},y_{l},z_{il}^{(s-1)},p_{il}^{(s-1)},q_{il}^{(s-1)}\right)\right]
qi​k(s)=λ2​n[f(0,yk,zo​k(s−1),po​k(s−1),qo​k(k−1))+f(xi,yk,zi​k(s−1),pi​k(s−1),qi​k(s−1))+\displaystyle q_{ik}^{(s)}=\frac{\lambda}{2n}\left[f\left(0,y_{k},z_{ok}^{(s-1)},p_{ok}^{(s-1)},q_{ok}^{(k-1)}\right)+f\left(x_{i},y_{k},z_{ik}^{(s-1)},p_{ik}^{(s-1)},q_{ik}^{(s-1)}\right)+\right. (27)

et d’après les formules (18), (19) nous pouvons écrire

|ϱi​k(s)|⩽λ​μ​(A+B+C)​(1+Q+…+Qs−1)​ε1\displaystyle\left|\varrho_{ik}^{(s)}\right|\leqslant\lambda\mu(A+B+C)\left(1+Q+\ldots+Q^{s-1}\right)\varepsilon_{1}
|ϱi​k(s)′|⩽μ​(A+B+C)​(1+Q+…+Qs−1)​ε1\displaystyle\left|\varrho_{ik}^{(s)^{\prime}}\right|\leqslant\mu(A+B+C)\left(1+Q+\ldots+Q^{s-1}\right)\varepsilon_{1}
|ϱi​k(s)′′|⩽λ​(A+B+C)​(1+Q+…+Qs−1)​ε1,\displaystyle\left|\varrho_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}\right|\leqslant\lambda(A+B+C)\left(1+Q+\ldots+Q^{s-1}\right)\varepsilon_{1},

ou bien, d’après la signification du nombre QQ,

|ϱi​k(s)|,|ϱi​k(s)′|,|ϱi​k(s)′′|≦(Q+Q2+⋯+Qs)​ε1\left|\varrho_{ik}^{(s)}\right|,\left|\varrho_{ik}^{(s)^{\prime}}\right|,\left|\varrho_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}\right|\leqq\left(Q+Q^{2}+\cdots+Q^{s}\right)\varepsilon_{1} (25)

En revenant aux formules (20), (24) nous aurons

z(s)​(xi,yk)=zi​k(s)+Ri​k(s)\displaystyle z^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)=z_{ik}^{(s)}+R_{ik}^{(s)}
p(s)​(xi,yk)=pi​k(s)+Ri​k(s)′\displaystyle p^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)=p_{ik}^{(s)}+R_{ik}^{(s)^{\prime}}
q(s)​(xi,yk)=qi​k(s)+Ri​k(s)′′′\displaystyle q^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)=q_{ik}^{(s)}+R_{ik}^{(s)\prime^{\prime\prime}}

où

Ri​k(s)=ri​k(s)+ϱi​k(s)\displaystyle R_{ik}^{(s)}=r_{ik}^{(s)}+\varrho_{ik}^{(s)}
Ri​k(s)′=ri​k(s)′+ϱi​k(s)′\displaystyle R_{ik}^{(s)^{\prime}}=r_{ik}^{(s)^{\prime}}+\varrho_{ik}^{(s)^{\prime}}
Ri​k(s)′′=ri​k(s)′′+ϱi​k(s)′′\displaystyle R_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}=r_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}+\varrho_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}

et tenant compte des inégalités (22) et (25) nous aurons

|Ri​k(s)|,|Ri​k(s)′|,|Ri​k(s)′′|⩽(1+Q+…+Qs)​ε1.\left|R_{ik}^{(s)}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(s)^{\prime}}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}\right|\leqslant\left(1+Q+\ldots+Q^{s}\right)\varepsilon_{1}.

En comparant les formules (26), (27) avec les formules (18), (19) il résulte que les formules (26), (27) sont valables pour s=12,…s=12,\ldots, v.
20. Nous avons donc établi un algorithme pour le calcul des nombres zi​k(s),pi​k(s),qi​k(s)z_{ik}^{(s)},p_{ik}^{(s)},q_{ik}^{(s)}. Les nombres zi​k(0),qi​k(0),qi​k(0)z_{ik}^{(0)},q_{ik}^{(0)},q_{ik}^{(0)} sont donnés par les formules (5), et les nombres zi​k(s),pi​k(s),qi​ks)z_{ik}^{(s)},p_{ik}^{(s)},q_{ik}^{s)} pour s=1,2,…,vs=1,2,\ldots,v, sont donnés pas les formules de récurrence (23).

Pour pouvoir appliquer les formules de récurrence (23), il faut montrer qu’on peut choisir ε1\varepsilon_{1} de façon que les points de coordonnées (xj,yl\left(x_{j},y_{l}\right., zj​l(s),pj​l(s),qj​l(s))\left.z_{jl}^{(s)},p_{jl}^{(s)},q_{jl}^{(s)}\right) où s=0,1,2,…,νs=0,1,2,\ldots,\nu, se trouvent dans le domaine DD de définition de la fonction f​(x,y,z,p,q)f(x,y,z,p,q). Pour s=vs=v nous avons

zj​l(v)=z(v)​(xj,yl)−Rj​l(v)\displaystyle z_{jl}^{(v)}=z^{(v)}\left(x_{j},y_{l}\right)-R_{jl}^{(v)}
pj​l(v)=p(v)​(xj,yl)−Rj​l(v)′\displaystyle p_{jl}^{(v)}=p^{(v)}\left(x_{j},y_{l}\right)-R_{jl}^{(v)^{\prime}}
qj​l(v)=q(v)​(xj,yl)−Rj​l(v)′′.\displaystyle q_{jl}^{(v)}=q^{(v)}\left(x_{j},y_{l}\right)-R_{jl}^{(v)^{\prime\prime}}.

Puisque les noeuds (xj,yl)\left(x_{j},y_{l}\right) sont pris dans le rectangle Δ\Delta, nous avons d’après les formules (8)

|z(ν)​(xj,yl)|≦α−δ,|p(ν)​(xj,yl)|≦β−δ,|q(ν)​(xj,yl)|≦γ−δ\left|z^{(\nu)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right|\leqq\alpha-\delta,\quad\left|p^{(\nu)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right|\leqq\beta-\delta,\quad\left|q^{(\nu)}\left(x_{j},y_{l}\right)\right|\leqq\gamma-\delta

et alors les formules précédentes montrent que

|zj​l(v)|≦α−δ+|Rj​l(v)|≦α−δ+(1+Q+…+Qν)​ε1\displaystyle\left|z_{jl}^{(v)}\right|\leqq\alpha-\delta+\left|R_{jl}^{(v)}\right|\leqq\alpha-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{\nu}\right)\varepsilon_{1}
|pj​l(v)|≦β−δ+|Rj​l(v)|≦β−δ+(1+Q+…+Qν)​ε1\displaystyle\left|p_{jl}^{(v)}\right|\leqq\beta-\delta+\left|R_{jl}^{(v)}\right|\leqq\beta-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{\nu}\right)\varepsilon_{1}
|qj​l(v)|≦γ−δ+|Rj​l(v)′′|≦γ−δ+(1+Q+…+Qν)​ε1.\displaystyle\left|q_{jl}^{(v)}\right|\leqq\gamma-\delta+\left|R_{jl}^{(v)^{\prime\prime}}\right|\leqq\gamma-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{\nu}\right)\varepsilon_{1}.

Si nous prenons
nous aurons

ε1<δ1+Q+…+Qv\varepsilon_{1}<\frac{\delta}{1+Q+\ldots+Q^{v}} (28)
|zl​l(v)|≦α,|pl​l(v)|≦β,|qj​l(v)|≦γ\left|z_{ll}^{(v)}\right|\leqq\alpha,\quad\left|p_{ll}^{(v)}\right|\leqq\beta,\quad\left|q_{jl}^{(v)}\right|\leqq\gamma

et par suite le point de coordonnes (xj,yl,zj​l(v),pj​l(v),qj​l(v))\left(x_{j},y_{l},z_{jl}^{(v)},p_{jl}^{(v)},q_{jl}^{(v)}\right) se trouve dans le domaine DD.

Pour un indice quelconque s<vs<v, nous avons par des calculs analogues
|zj​l(s)|≦α−δ+(1+Q+…+Qs)​ε1​<α−δ+(1+Q+…+Qν)​ε1​<α|​pj​l(s)|≦β−δ+(1+Q+…+Qs)​ε1​<β−δ+(1+Q+…+Qv)​ε1​<β|​qj​i(s)|≦γ−δ+(1+Q+…+Qs)​ε1<γ−δ+(1+Q+…+Qν)​ε1<γ\left|z_{jl}^{(s)}\right|\leqq\alpha-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{s}\right)\varepsilon_{1}<\alpha-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{\nu}\right)\varepsilon_{1}<\alpha\left|p_{jl}^{(s)}\right|\leqq\beta-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{s}\right)\varepsilon_{1}<\beta-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{v}\right)\varepsilon_{1}<\beta\left|q_{ji}^{(s)}\right|\leqq\gamma-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{s}\right)\varepsilon_{1}<\gamma-\delta+\left(1+Q+\ldots+Q^{\nu}\right)\varepsilon_{1}<\gamma, ce qui prouve que les points de coordonnées (xj,yl,zj​l(s),pj​l(s),qj​i(s))\left(x_{j},y_{l},z_{jl}^{(s)},p_{jl}^{(s)},q_{ji}^{(s)}\right) pour s=0,1,2,…,v−1s=0,1,2,\ldots,v-1 se trouvent dans le domaine DD.

Donc en supposant que ε1\varepsilon_{1} vérifie l’inégalité (28), les formules (13), et en général les formules (23) sont valables pour s=1,2,…,νs=1,2,\ldots,\nu.
21. Nous pouvons maintenant préciser le nombre ε1\varepsilon_{1}. En faisant dans les formules (20) et dans les inégalités (27) s=vs=v et en tenant compte de l’inégalité (28), prenons

ε1=min⁡(δ1+Q+…+Qν,ε1+Q+…+Qν).\varepsilon_{1}=\min\left(\frac{\delta}{1+Q+\ldots+Q^{\nu}},\frac{\varepsilon}{1+Q+\ldots+Q^{\nu}}\right). (29)

Nous aurons alors dans les formules (26) pour s=vs=v,

|Ri​k(v)|,|Ri​k(v)′|,|Ri​k(v)′′|<ε\left|R_{ik}^{(v)}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(v)^{\prime}}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(v)^{\prime\prime}}\right|<\varepsilon (30)

et pour s<vs<v nous aurons dans les formules (26)

|Ri​k(s)|,|Ri​k(s)′|,|Ri​k(s)′′|⩽(1+Q+⋯+Qs)​ε1<(1+Q+…+Qv)​ε1\left|R_{ik}^{(s)}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(s)^{\prime}}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}\right|\leqslant\left(1+Q+\cdots+Q^{s}\right)\varepsilon_{1}<\left(1+Q+\ldots+Q^{v}\right)\varepsilon_{1}

c’est à dire

|Ri​k(s)|,|Ri​k(s)′|,|Ri​k(s)′′|<ε.\left|R_{ik}^{(s)}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(s)^{\prime}}\right|,\quad\left|R_{ik}^{(s)^{\prime\prime}}\right|<\varepsilon. (31)
  1. 22.

    En résumé la méthode de calcul numérique des valeurs de i’intégrale z​(x,y)z(x,y) et de ses dérivées partielles p​(x,y),q​(x,y)p(x,y),q(x,y) sur les noeuds du réseau II est la suivante : on calcule d’abord les nombres zi​k(s),pi​k(s),qi​k(s)z_{ik}^{(s)},p_{ik}^{(s)},q_{ik}^{(s)} par les formules (5) et (23). Ensuite nous avons les formules (26) et d’après les inégalités (30) et (31), nous avons

|z(s)​(xi,yk)−zi​k(s)|,|p(s)​(xi,yk)−pi​k(s)|,|q(s)​(xi,yk)−qi​k(s)|<ε\left|z^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(s)}\right|,\quad\left|p^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)-p_{ik}^{(s)}\right|,\quad\left|q^{(s)}\left(x_{i},y_{k}\right)-q_{ik}^{(s)}\right|<\varepsilon (32)

pour s=0,1,…s=0,1,\ldots,
Considérons les inégalités

z​(xi,yk)−zi​k(v)=[z​(xi,yk)−z(v)​(xi,yk)]+[z(v)​(xi,yk)−zi​k(v)]\displaystyle z\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(v)}=\left[z\left(x_{i},y_{k}\right)-z^{(v)}\left(x_{i},y_{k}\right)\right]+\left[z^{(v)}\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(v)}\right]
p​(xi,yk)−pi​k(v)=…\displaystyle p\left(x_{i},y_{k}\right)-p_{ik}^{(v)}=\ldots
q​(xi,yk)−qi​k(v)=…\displaystyle q\left(x_{i},y_{k}\right)-q_{ik}^{(v)}=\ldots

et tennons compte des inégalités (5) du § 1 et (32). Nous aurons

|z​(xi,yk)−zi​k(ν)|<2​ε\displaystyle\left|z\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(\nu)}\right|<2\varepsilon
|p​(xi,yk)−pi​k(ν)|<2​ε\displaystyle\left|p\left(x_{i},y_{k}\right)-p_{ik}^{(\nu)}\right|<2\varepsilon (33)
|q​(xi,yk)−qi​k(ν)|<2​ε\displaystyle\left|q\left(x_{i},y_{k}\right)-q_{ik}^{(\nu)}\right|<2\varepsilon

Ainsi nons avons attaché à un nombre positif ε\varepsilon donné un réseau II formé par les noeuds ( xi,ykx_{i},y_{k} ) et un algorithme permettant le calcul des nombres zi​k(s),pi​k(s),qi​k(s)z_{ik}^{(s)},p_{ik}^{(s)},q_{ik}^{(s)} rélativement à ce réseau, pour s=0,1,…,vs=0,1,\ldots,v,
ces nombres étant pour s=vs=v, les valeurs approchées de l’intégrale z​(x,y)z(x,y) et de ses dérivées partielles p​(x,y),q​(x,y)p(x,y),q(x,y) sur les noeuds du réseau, les valeurs absolues des différences z​(xi,yk)−zi​k(v),p​(xi,yk)−pi​k(v),q​(xi,yk)−qi​k(i)z\left(x_{i},y_{k}\right)-z_{ik}^{(v)},p\left(x_{i},y_{k}\right)-p_{ik}^{(v)},q\left(x_{i},y_{k}\right)-q_{ik}^{(i)} étant plus petites que 2​ε2\varepsilon.

BIBLIOGRAPHIE

[1] Radon J., Restausdrücke bei Interpolations und Quadratur Formeln durch bestimmte Integralen. Monatshefte für Mathematik und Physik 42, 389 (1935).
[2] Ionescu D. V., Cuadraturi numerice. București, Editura Tehnică 1957. Reçu le 25. XI. 1959.

MATHEMATICA VOL. 1 (24), 2, 1959. pp. 281-286

APPLICATIONS DES FONCTIONS CONVEXES GENERALISEES

par

  1. 1.

    Dans ce travail nous allons donner des applications de la notion de fonction convexe par rapport à un ensemble de fonctions interpolatoires, que nous avons introduite dans notre travail [3].

Soit EE un ensemble de points sur l’axe réelle et fnf_{n} un ensemble de fonctions réelles et d’une variable réelle. Dans [3] nous avons donné la

Définition 1. L’ensemble ℱn\mathscr{F}_{n} s’appelle interpolatoire d’ordre nn sur EE ou simplement ensemble du type In​{E}I_{n}\{E\} si :
(A) Les éléments de ℱn\mathscr{F}_{n} sont des fonctions continues sur EE.
(B) Quels que soient les nn points distincts de EE
(1)

x1,x2,…,xnx_{1},x_{2},\ldots,x_{n}

et quels que soient les nn nombres
(2)

y1,y2,…,yny_{1},y_{2},\ldots,y_{n}

il existe une fonction et une seule φ​(x)∈ℱn\varphi(x)\in\mathscr{F}_{n}, tel que l’ont ait

φ​(xi)=yi,i=1,2,…,n.\varphi\left(x_{i}\right)=y_{i},\quad i=1,2,\ldots,n. (3)

Pour mettre en évidence les conditions (3) et l’ensemble ℱn\mathscr{F}_{n}, nous employons pour la fonction φ​(x)\varphi(x) qui vérifie les conditions (3) la notation
et aussi

L​(ℱn;x1,x2,…,xn;y1,y2,…,yn∣x)L\left(\mathcal{F}_{n};x_{1},x_{2},\ldots,x_{n};y_{1},y_{2},\ldots,y_{n}\mid x\right)
L​(ℱn;x1,x2,…,xn;f∣x)L\left(\mathscr{F}_{n};x_{1},x_{2},\ldots,x_{n};f\mid x\right)

lorsque f​(x)f(x) est une fonction qui prend les valeurs (2) aux points correspondants (1).

Considérons un système de n+1n+1 points distincts de l’ensemble EE

1959

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