Study guide: Introduction to finite element methods

$$ \newcommand{\uex}{{u_{\small\mbox{e}}}} \newcommand{\Aex}{{A_{\small\mbox{e}}}} \newcommand{\half}{\frac{1}{2}} \newcommand{\tp}{\thinspace .} \newcommand{\Oof}[1]{\mathcal{O}(#1)} \newcommand{\x}{\boldsymbol{x}} \newcommand{\X}{\boldsymbol{X}} \renewcommand{\u}{\boldsymbol{u}} \renewcommand{\v}{\boldsymbol{v}} \newcommand{\e}{\boldsymbol{e}} \newcommand{\f}{\boldsymbol{f}} \newcommand{\dfc}{\alpha} % diffusion coefficient \newcommand{\Ix}{\mathcal{I}_x} \newcommand{\Iy}{\mathcal{I}_y} \newcommand{\Iz}{\mathcal{I}_z} \newcommand{\If}{\mathcal{I}_s} % for FEM \newcommand{\Ifd}{{I_d}} % for FEM \newcommand{\Ifb}{{I_b}} % for FEM \newcommand{\sequencei}[1]{\left\{ {#1}_i \right\}_{i\in\If}} \newcommand{\basphi}{\varphi} \newcommand{\baspsi}{\psi} \newcommand{\refphi}{\tilde\basphi} \newcommand{\psib}{\boldsymbol{\psi}} \newcommand{\sinL}[1]{\sin\left((#1+1)\pi\frac{x}{L}\right)} \newcommand{\xno}[1]{x_{#1}} \newcommand{\Xno}[1]{X_{(#1)}} \newcommand{\xdno}[1]{\boldsymbol{x}_{#1}} \newcommand{\dX}{\, \mathrm{d}X} \newcommand{\dx}{\, \mathrm{d}x} \newcommand{\ds}{\, \mathrm{d}s} $$

Numerical integration

Numerical integration over reference cell triangles and tetrahedra: $$ \int_{\tilde\Omega^r} g\dX = \sum_{j=0}^{n-1} w_j g(\bar\X_j)$$

Module numint.py contains different rules:

>>> import numint
>>> x, w = numint.quadrature_for_triangles(num_points=3)
>>> x
[(0.16666666666666666, 0.16666666666666666),
 (0.66666666666666666, 0.16666666666666666),
 (0.16666666666666666, 0.66666666666666666)]
>>> w
[0.16666666666666666, 0.16666666666666666, 0.16666666666666666]

Triangle: rules with $ n=1,3,4,7 $ integrate exactly polynomials of degree $ 1,2,3,4 $, resp.

Tetrahedron: rules with $ n=1,4,5,11 $ integrate exactly polynomials of degree $ 1,2,3,4 $, resp.