01 应用数值分析 第四版 答案 张明主编 文世鹏主审 石油工业出版社

01 应用数值分析 第四版 答案 张明主编  文世鹏主审  石油工业出版社
01 应用数值分析 第四版 答案 张明主编  文世鹏主审  石油工业出版社

最新应用数值分析第四版第一章课后作业答案

第一章 1、 在下列各对数中,x 是精确值 a 的近似值。 3 .14,7/100)4(143 .0,7/1)2(0031 .0,1000/)3(1 .3,)1(========x a x a x a x a ππ 试估计x 的绝对误差和相对误差。 解:(1)0132.00416 .01.3≈= ≈-= -=a e e x a e r π (2)0011.00143 .0143.07/1≈= ≈-=-=a e e x a e r (3)0127.000004 .00031.01000/≈= ≈-=-=a e e x a e r π (4)001.00143 .03.147/100≈= ≈-=-=a e e x a e r 2. 已知四个数:x 1=26.3,x 2=0.0250, x 3= 134.25,x 4=0.001。试估计各近似数的有效位数和误差限,并估计运算μ1= x 1 x 2 x 3和μ1= x 3 x 4 /x 1的相对误差限。 解:x 1=26.3 n=3 δx 1=0.05 δr x 1=δx 1/∣x 1∣=0.19011×10-2 x 2=0.0250 n=3 δx 2=0.00005 δr x 2=δx 2/∣x 2∣=0.2×10-2 x 3= 134.25 n=5 δx 3=0.005 δr x 3=δx 3/∣x 3∣=0.372×10 -4 x 4=0.001 n=1 δx 4=0.0005 δr x 4=δx 4/∣x 4∣=0.5 由公式:e r (μ)= e (μ)/∣μ∣≦1/∣μ∣Σn i=1∣?f/?x i ∣δx i e r (μ1)≦1/∣μ1∣[x 2 x 3δx 1+ x 1 x 3δx 2 +x 1 x 2δx 3] =0.34468/88.269275 =0.0039049 e r (μ2)≦1/∣μ2∣[x 3 x 4/ x 21δx 1+ x 4/ x 1δx 3 + x 3 / x 1δx 4] =0.501937 3、设精确数a>0,x 是a的近似值,x 的相对误差限是0.2,求㏑x 的相对误差限。 解:设=()u f x , ()()()()() ()||||||||||()||()|| | |()||()||||r r r x e u df x e x df x e x e u u dx u dx u x df x x df x x e x x dx u dx u δ= ≈==≤ ()||10.2 (())| |()||ln ln ln r r r r df x x x x f x x x dx u x x x x δδδδ==??==

数值分析之幂法及反幂法C语言程序实例

数值分析之幂法及反幂法C 语言程序实例 1、算法设计方案: ①求1λ、501λ和s λ的值: s λ:s λ表示矩阵的按模最小特征值,为求得s λ直接对待求矩阵A 应用反幂法即可。 1λ、501λ:已知矩阵A 的特征值满足关系 1n λλ<< ,要求1λ、及501λ时,可 按如下方法求解: a . 对矩阵A 用幂法,求得按模最大的特征值1m λ。 b . 按平移量1m λ对矩阵A 进行原点平移得矩阵1m B A I λ=+,对矩阵B 用反幂法 求得B 的按模最小特征值2m λ。 c . 321m m m λλλ=- 则:113min(,)m m λλλ=,13max(,)n m m λλλ=即为所求。 ②求和A 的与数5011 140 k k λλμλ-=+最接近的特征值 ik λ(k=0,1,…39): 求矩阵A 的特征值中与k μ最接近的特征值的大小,采用原点平移的方法: 先求矩阵 B=A-k μI 对应的按模最小特征值k β,则k β+k μ即为矩阵A 与k μ最接近的特征值。 重复以上过程39次即可求得ik λ(k=0,1,…39)的值。 ③求A 的(谱范数)条件数2cond()A 和行列式det A : 在(1)中用反幂法求矩阵A 的按模最小特征值时,要用到Doolittle 分解方法,在Doolittle 分解完成后得到的两个矩阵分别为L 和U ,则A 的行列式可由U 阵求出,即:det(A)=det(U)。 求得det(A)不为0,因此A 为非奇异的实对称矩阵,则: max 2()s cond A λλ= ,max λ和s λ分别为模最大特征值与模最小特征值。

数值分析课后题答案

数值分析 第二章 2.当1,1,2x =-时,()0,3,4f x =-,求()f x 的二次插值多项式。 解: 0120121200102021101201220211,1,2, ()0,()3,()4;()()1 ()(1)(2)()()2()()1 ()(1)(2) ()()6 ()()1 ()(1)(1) ()()3 x x x f x f x f x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x ==-===-=--==-+-----==------= =-+-- 则二次拉格朗日插值多项式为 2 20 ()()k k k L x y l x ==∑ 0223()4() 14 (1)(2)(1)(1)23 537623 l x l x x x x x x x =-+=---+ -+= +- 6.设,0,1,,j x j n =L 为互异节点,求证: (1) 0()n k k j j j x l x x =≡∑ (0,1,,);k n =L (2)0 ()()0n k j j j x x l x =-≡∑ (0,1,,);k n =L 证明 (1) 令()k f x x = 若插值节点为,0,1,,j x j n =L ,则函数()f x 的n 次插值多项式为0 ()()n k n j j j L x x l x == ∑。 插值余项为(1)1() ()()()()(1)! n n n n f R x f x L x x n ξω++=-= + 又,k n ≤Q

(1)()0 ()0 n n f R x ξ+∴=∴= 0()n k k j j j x l x x =∴=∑ (0,1,,);k n =L 0 000 (2)()() (())()()(()) n k j j j n n j i k i k j j j i n n i k i i k j j i j x x l x C x x l x C x x l x =-==-==-=-=-∑∑∑∑∑ 0i n ≤≤Q 又 由上题结论可知 ()n k i j j j x l x x ==∑ ()()0 n i k i i k i k C x x x x -=∴=-=-=∑原式 ∴得证。 7设[]2 (),f x C a b ∈且()()0,f a f b ==求证: 21 max ()()max ().8 a x b a x b f x b a f x ≤≤≤≤''≤- 解:令01,x a x b ==,以此为插值节点,则线性插值多项式为 10 101010 ()() ()x x x x L x f x f x x x x x --=+-- =() () x b x a f a f b a b x a --=+-- 1()()0()0 f a f b L x ==∴=Q 又 插值余项为1011 ()()()()()()2 R x f x L x f x x x x x ''=-= -- 011 ()()()()2 f x f x x x x x ''∴= --

数值计算方法比较

有限差分方法(FDM:Finite Difference Method)是计算机数值模拟最早采用的方法,至今仍被广泛运用。该方法将求解域划分为差分网格,用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法,把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散,从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。有限差分法主要集中在依赖于时间的问题(双曲型和抛物型方程)。有限差分法方面的经典文献有Richtmeyer & Morton的《Difference Methods for Initial-Value Problems》;R. LeVeque《Finite Difference Method for Differential Equations》;《Numerical Methods for C onservation Laws》。 注:差分格式: (1)从格式的精度来划分,有一阶格式、二阶格式和高阶格式。 (2)从差分的空间形式来考虑,可分为中心格式和逆风格式。 (3)考虑时间因子的影响,差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。 目前常见的差分格式,主要是上述几种形式的组合,不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格,网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。 构造差分的方法: 构造差分的方法有多种形式,目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式:一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等,其中前两种格式为一阶计算精度,后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合,可以组合成不同的差分计算格式。 有限差分法的不足:由于采用的是直交网格,因此较难适应区域形状的任意性,而且区分不出场函数在区域中的轻重缓急之差异,缺乏统一有效的处理自然边值条件和内边值条件的方法,难以构造高精度(指收敛阶)差分格式,除非允许差分方程联系更多的节点(这又进一步增加处理边值条件韵困难)。另外它还有编制不出通用程序的困难。 有限差分法的优点:该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法,数学概念 直观,表达简单,精度可选而且在一个时间步内,对于一个给定点来说其相关的空间点只是 与该相邻的几点,而不是全部的空间点。是发展较早且比较成熟的数值方法 广义差分法(有限体积法)(GDM:Generalized Difference Method):1953年,Mac—Neal 利用积分插值法(也称积分均衡法)建立了三角网格上的差分格 式,这就是以后通称的不规划网格上的差分法.这种方法的几何误差小,特别是给出了处理自然边值条件(及内边值条件)的有效方法,堪称差分法的一大进步。1978年,李荣华利用有限元空间和对偶单元上特征函数的推广——局部Taylor展式的公项,将积分插值法改写成广义Galerkin法形式,从而将不规则网格差分法推广为广义差分法.其基本思路是,将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,并使每个网格点周围有

应用数值分析(第四版)课后习题答案第9章

第九章习题解答 1.已知矩阵????? ???????=??????????=4114114114,30103212321A A 试用格希哥林圆盘确定A 的特征值的界。 解:,24)2(, 33)1(≤-≤-λλ 2.设T x x x x ),...,,(321=是矩阵A 属于特征值λ的特征向量,若i x x =∞, 试证明特征值的估计式∑≠=≤-n i j j ij ii a a 1λ. 解:,x Ax λ = ∞∞∞∞≤==x A x x Ax i λλ 由 i x x =∞ 得 i n in i ii i x x a x a x a λ=++++ 11 j n j i i ij i ii x a x a ∑≠==-1)(λ j n j i i ij j n j i i ij i ii x a x a x a ∑∑≠=≠=≤=-11λ ∑∑≠=≠=≤≤-n j i i ij i j n j i i ij ii a x x a a 11λ 3.用幂法求矩阵 ???? ??????=1634310232A 的强特征值和特征向量,迭代初值取T y )1,1,1()0(=。 解:y=[1,1,1]';z=y;d=0; A=[2,3,2;10,3,4;3,6,1]; for k=1:100 y=A*z; [c,i]=max(abs(y)); if y(i)<0,c=-c;end

z=y/c if abs(c-d)<0.0001,break; end d=c end 11.0000 =c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 10.9999 =c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 11.0003 =c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 10.9989=c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 11.0040 =c ,0.7498) 1.0000 0.5000(z 10.9859=c ,0.7506) 1.0000 0.5001(z 11.04981 =c ,0.7478) 1.0000 0.4995(z 10.8316 =c ,0.7574) 1.0000 0.5020(z 11.5839 =c ,) 0.7260 1.0000 0.4928 (z 9.4706 =c ,0.8261) 1.0000 0.5280(z 17 = c ,0.5882) 1.0000 0.4118(z 11T (11)10T (10)9T (9)8T (8)7T (7)6T (6)5T (5)4T (4)3T (3)2T (2)1T (1)=========== 强特征值为11,特征向量为T 0.7500) 1.0000 0.5000(。 4.用反幂法求矩阵???? ??????=111132126A 最接近6的特征值和特征向量,迭代初值取 T y )1,1,1()0(=。 解:y=[1,1,1]';z=y;d=0; A=[6,2,1;2,3,1;1,1,1]; for k=1:100 AA=A-6*eye(3); y=AA\z; [c,i]=max(abs(y)); if y(i)<0,c=-c;end z=y/c; if abs(c-d)<0.0001,break; end d=c end d=6+1/c

演讲稿数值分析应用实例.doc

非线性方程求根 问题:在相距100m的两座建筑物(高度相等的点)之间悬挂一根电缆,仅允许电缆在中间最多下垂1m,试计算所需电缆的长度。 设空中电缆的曲线(悬链线)方程为 ] , [ , ) ( 50 50 2 - ∈ + = - x e e a y a x a x (1) 由题设知曲线的最低点)) ( , (0 0y与最高点)) ( , (50 50y之间的高度差为1m,所以有 1 2 50 50 + = +- a e e a a a) ( (2) 由上述方程解出a后,电缆长度可用下式计算: ) ( ) (a a a x a x L e e a dx e e dx x y ds L 50 50 50 50 50 2 1- - - - = ? ? ? ? ? ? + = ' + = =? ? ?(3) 相关Matlab命令: 1、描绘函数] , [ , ) ( ) (1500 500 1 2 50 50 ∈ - - + = - a a e e a a y a a 的图形;

2、用fzero 命令求方程在1250=a 附近的根的近似值x ,并计算)(x y 的函数值; 3、编写二分法程序,用二分法求0=)(a y 在],[13001200内的根,误差不超过310-,并给出对分次数; 4、编写Newton 迭代法程序,并求0=)(a y 在],[13001200内的根,误差不超过310-,并给出迭代次数。 5、编写Newton 割线法程序,并求0=)(a y 在],[13001200内的根,误差不超过310-,并给出迭代次数。

线性方程组求解应用实例 问题:投入产出分析 国民经济各个部门之间存在相互依存的关系,每个部门在运转中将其他部门的产品或半成品(称为投入)经过加工变为自己的产品(称为产出),如何根据各部门间的投入产出关系,确定各部门的产出水平,以满足社会需求,是投入产出分析中研究的课题。考虑下面的例子: 设国民经济由农业、制造业和服务业三个部门构成,已知某年它们之间的投入产出关系、外部需求、初始投入等如表1所示(数字表示产值)。 表1 国民经济三个部门间的关系单位:亿元 假定总投入等于总产出,并且每个部门的产出与它的投入成正比,由上表可以确定三个部门的投入产出表:如表2所示。 表2 三个部门的投入产出表

数值分析(计算方法)总结

第一章绪论 误差来源:模型误差、观测误差、截断误差(方法误差)、舍入误差 是的绝对误差,是的误差,为的绝对误差限(或误差限) 为的相对误差,当较小时,令 相对误差绝对值得上限称为相对误差限记为:即: 绝对误差有量纲,而相对误差无量纲 若近似值的绝对误差限为某一位上的半个单位,且该位直到的第一位非零数字共有n位,则称近似值有n位有效数字,或说精确到该位。 例:设x==…那么,则有效数字为1位,即个位上的3,或说精确到个位。 科学计数法:记有n位有效数字,精确到。 由有效数字求相对误差限:设近似值有n位有效数字,则其相对误差限为 由相对误差限求有效数字:设近似值的相对误差限为为则它有n位有效数字 令 1.x+y近似值为和的误差(限)等于误差(限)的 和 2.x-y近似值为 3.xy近似值为 4. 1.避免两相近数相减 2.避免用绝对值很小的数作除数 3.避免大数吃小数 4.尽量减少计算工作量 第二章非线性方程求根 1.逐步搜索法 设f (a) <0, f (b)> 0,有根区间为(a, b),从x0=a出发,按某个预定步长(例如h=(b-a)/N)

一步一步向右跨,每跨一步进行一次根的搜索,即判别f(x k)=f(a+kh)的符号,若f(x k)>0(而 f(x k-1)<0),则有根区间缩小为[x k-1,x k] (若f(x k)=0,x k即为所求根), 然后从x k-1出发,把搜索步长再缩小,重复上面步骤,直到满足精度:|x k-x k-1|0.将[a0,b0]对分,中点x0= ((a0+b0)/2),计算 f(x0)。 3.比例法 一般地,设[a k,b k]为有根区间,过(a k, f(a k))、(b k, f(b k))作直线,与x轴交于一点x k,则: 1.试位法每次迭代比二分法多算一次乘法,而且不保证收敛。 2.比例法不是通过使求根区间缩小到0来求根,而是在一定条件下直接构造出一个点列(递推公式),使该点列收敛到方程的根。——这正是迭代法的基本思想。 事先估计: 事后估计 局部收敛性判定定理: 局部收敛性定理对迭代函数的要求较弱,但对初始点要求较高,即初始点必须选在精确解的附近 Steffensen迭代格式: Newton法: Newton下山法:是下山因子 弦割法: 抛物线法:令 其中:

数值分析在生活中的应用举例及Matlab实现

Matlab 实验报告 学院:数学与信息科学学院班级:信息班 学号:20135034027 姓名:马永杉

最小二乘法,用MATLAB实现 1.数值实例 下面给定的是郑州最近1个月早晨7:00左右的天气预报所得到的温度,按照数据找出任意次曲线拟合方程和它的图像。下面用MATLAB编程对上述数据进行最小二乘拟合。 2、程序代码 x=[1:1:30]; y=[9,10,11,12,13,14,13,12,11,9,10,11,12,13,14,12,11,10,9,8,7,8,9,11,9 ,7,6,5,3,1]; a1=polyfit(x,y,3) %三次多项式拟合% a2= polyfit(x,y,9) %九次多项式拟合% a3= polyfit(x,y,15) %十五次多项式拟合% b1=polyval(a1,x) b2=polyval(a2,x) b3=polyval(a3,x) r1= sum((y-b1).^2) %三次多项式误差平方和% r2= sum((y-b2).^2) %九次次多项式误差平方和% r3= sum((y-b3).^2) %十五次多项式误差平方和% plot(x,y,'*') %用*画出x,y图像% hold on plot(x,b1, 'r') %用红色线画出x,b1图像% hold on plot(x,b2, 'g') %用绿色线画出x,b2图像% hold on plot(x,b3, 'b:o') %用蓝色o线画出x,b3图像% 2.流程图

4.数值结果分析 不同次数多项式拟合误差平方和为: r1=67.6659 r2=20.1060 r3=3.7952 r1、r2、r3分别表示三次、九次、十五次多项式误差平方和。 5、拟合曲线如下图

数值分析习题集及答案

(适合课程《数值方法A 》和《数值方法B 》) 第一章 绪 论 1. 设x >0,x 的相对误差为δ,求ln x 的误差. 2. 设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差. 3. 下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差限不超过最后一位的半个单位,试指出它们是几位 有效数字: ***** 123451.1021,0.031,385.6,56.430,7 1.0.x x x x x =====? 4. 利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限: * * * * * * * * 12412324(),(),()/,i x x x ii x x x iii x x ++其中* * * * 1234,,,x x x x 均为第3题所给的数. 5. 计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R 时允许的相对误差限是多少? 6. 设028,Y =按递推公式 11783 100 n n Y Y -=- ( n=1,2,…) 计算到100Y .若取783≈27.982(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=的两个根,使它至少具有四位有效数字(783≈27.982). 8. 当N 充分大时,怎样求 2 11N dx x +∞+?? 9. 正方形的边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝2 ? 10. 设2 12S gt = 假定g 是准确的,而对t 的测量有±0.1秒的误差,证明当t 增加时S 的绝对误差增加, 而相对误差却减小. 11. 序列{}n y 满足递推关系1101 n n y y -=-(n=1,2,…),若02 1.41y =≈(三位有效数字),计算到10 y 时误差有多大?这个计算过程稳定吗? 12. 计算6 (21)f =-,取 2 1.4≈,利用下列等式计算,哪一个得到的结果最好? 3 6 3 11,(322), ,9970 2. (21) (322) --++ 13. 2 ()ln(1)f x x x =- -,求f (30)的值.若开平方用六位函数表,问求对数时误差有多大?若改用另一等 价公式 2 2 ln(1)ln(1)x x x x - -=-+ + 计算,求对数时误差有多大? 14. 试用消元法解方程组{ 10 10 12121010; 2. x x x x +=+=假定只用三位数计算,问结果是否可靠? 15. 已知三角形面积 1sin , 2 s ab c = 其中c 为弧度, 02c π << ,且测量a ,b ,c 的误差分别为,,.a b c ???证 明面积的误差s ?满足 . s a b c s a b c ????≤ ++ 第二章 插值法 1. 根据( 2.2)定义的范德蒙行列式,令

数值计算方法大作业

目录 第一章非线性方程求根 (3) 1.1迭代法 (3) 1.2牛顿法 (4) 1.3弦截法 (5) 1.4二分法 (6) 第二章插值 (7) 2.1线性插值 (7) 2.2二次插值 (8) 2.3拉格朗日插值 (9) 2.4分段线性插值 (10) 2.5分段二次插值 (11) 第三章数值积分 (13) 3.1复化矩形积分法 (13) 3.2复化梯形积分法 (14) 3.3辛普森积分法 (15) 3.4变步长梯形积分法 (16) 第四章线性方程组数值法 (17) 4.1约当消去法 (17) 4.2高斯消去法 (18) 4.3三角分解法 (20)

4.4雅可比迭代法 (21) 4.5高斯—赛德尔迭代法 (23) 第五章常积分方程数值法 (25) 5.1显示欧拉公式法 (25) 5.2欧拉公式预测校正法 (26) 5.3改进欧拉公式法 (27) 5.4四阶龙格—库塔法 (28)

数值计算方法 第一章非线性方程求根 1.1迭代法 程序代码: Private Sub Command1_Click() x0 = Val(InputBox("请输入初始值x0")) ep = Val(InputBox(请输入误差限ep)) f = 0 While f = 0 X1 = (Exp(2 * x0) - x0) / 5 If Abs(X1 - x0) < ep Then Print X1 f = 1 Else x0 = X1 End If Wend End Sub 例:求f(x)=e2x-6x=0在x=0.5附近的根(ep=10-10)

1.2牛顿法 程序代码: Private Sub Command1_Click() b = Val(InputBox("请输入被开方数x0")) ep = Val(InputBox(请输入误差限ep)) f = 0 While f = 0 X1 = x0 - (x0 ^ 2 - b) / (2 * b) If Abs(X1 - x0) < ep Then Print X1 f = 1 Else x0 = X1 End If Wend End Sub 例:求56的值。(ep=10-10)

数值分析课程设计学生题目

《数值分析》课程设计

本课程设计的内容为:每个小组的同学均应完成以下五个案例; 目标:能将数值分析课程中所学的算法知识熟练应用于实际问题中。 案例1 土木工程和环境工程师在设计一条排水渠道时必须考虑渠道的各种参数(如宽度,深度,渠道内壁光滑度)及水流速度、流量、水深等物理量之间的关系。 假设修一条横断面为矩形的水渠,其宽度为B ,假定水流是定常的,也就是说水流速度不随时间而变化。 根据质量守恒定律可以得到 Q=UBH (1.1) 其中Q 是水的流量(s m /3 ),U 是流速(s m /),H 是水的深度(m )。 在水工学中应用的有关流速的公式是 3 /23 /22/1)2()(1H B BH S n U += (1.2) 这里n 是Manning 粗糙系数,它是一个与水渠内壁材料的光滑性有关的无量纲量;S 是水渠 的斜度系数,也是一个无量纲量,它代表水渠底每米内的落差。 把(1.2)代入(1.1)就得到 3 /23 /52/1)2()(1H B BH S n U += (1.3) 为了不同的工业目的(比如说要把污染物稀释到一定的浓度以下,或者为某工厂输入一定量 的水),需要指定流量Q 和B ,求出水的深度。这样,就需要求解 0) 2()(1)(3 /23 /52/1=-+=Q H B BH S n H f (1.4) 一个具体的案例是 s m Q S n m B /5 ,0002.0 ,03.0 ,203==== 求出渠道中水的深度H 。 所涉及的知识——非线性方程解法。 案例2 在化学工程中常常研究在一个封闭系统中同时进行的两种可逆反应 C D A C B A ?+?+2 其中A ,B ,C 和D 代表不同的物质。反应达到平衡是有如下的平衡关系: d a c b a c C C C k C C C k == 22 1 , 其中2 24 1107.3 ,104--?=?=k k 称为平衡常数,),,,(d c b a n C n =代表平衡状态时该物质的浓度。假定反应开始时各种物质的浓度为:

数值分析课后题答案

数值分析 2?当x=1,—1,2时,f(x)=O, 一3,4,求f(x)的二次插值多项式。解: X 0 =1,x j = — 1,x 2 = 2, f(X。)= 0, f (xj = -3, f (x2)= 4; l o(x)=(x-xi^~x2\=-1(x 1)(x-2) (x o -X/X o _x2) 2 (x -x0)(x -x2) 1 l i(x) 0 2(x-1)(x-2) (x i ~x0)(x i ~x2) 6 (x—x0)(x—x,) 1 l2(x) 0 1(x-1)(x 1) (X2 -X°)(X2 - X i) 3 则二次拉格朗日插值多项式为 2 L 2(X)= ' y k 1 k ( x) kz0 = -3l°(x) 4l2(x) 1 4 =(x_1)(x—2) 4 (x-1)(x 1) 2 3 5 2 3 7 x x - 6 2 3 6?设Xj, j =0,1,||(,n 为互异节点,求证: n (1 )7 x:l j(x) =x k(k =0,1川,n); j=0 n (2 )7 (X j -x)k l j(x)三0 (k =0,1川,n); j £ 证明 (1)令f(x)=x k

n 若插值节点为X j, j =0,1,|l(, n,则函数f (x)的n次插值多项式为L n(x)八x k l j(x)。 j=0 f (n 十)(?) 插值余项为R n(X)二f(X)-L n(X) n1(X) (n +1)!

.f(n1)( ^0 R n(X)=O n 二瓦x k l j(x) =x k(k =0,1川,n); j :o n ⑵、(X j -x)k l j(x) j卫 n n =為(' C?x j(—x)k_L)l j(x) j =0 i =0 n n i k i i =為C k( -x) (、X j l j(x)) i =0 j=0 又70 _i _n 由上题结论可知 n .原式二''C k(-x)k_L x' i=0 =(X -X)k =0 -得证。 7设f (x) c2 la,b 1且f (a) =f (b)二0,求证: max f(x)兰一(b-a) max a $至小一*丘f (x). 解:令x^a,x^b,以此为插值节点,则线性插值多项式为 L i(x^ f(x o) x x f (xj X o —人x -X o X —X o x-b x-a ==f(a) f(b)- a - b x -a 又T f (a) = f (b)二0 L i(x) = 0 1 插值余项为R(x)二f (x) - L,(x) f (x)(x - X Q)(X - xj 1 f(x) = 2 f (x)(x -X g)(X -xj

数值分析第四版习题及答案

第四版 数值分析习题 第一章绪论 1.设x>0,x得相对误差为δ,求得误差、 2.设x得相对误差为2%,求得相对误差、 3.下列各数都就是经过四舍五入得到得近似数,即误差限不超过最后一位得半个单位,试指 出它们就是几位有效数字: 4.利用公式(3、3)求下列各近似值得误差限: 其中均为第3题所给得数、 5.计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R时允许得相对误差限就是多少? 6.设按递推公式 ( n=1,2,…) 计算到、若取≈27、982(五位有效数字),试问计算将有多大误差? 7.求方程得两个根,使它至少具有四位有效数字(≈27、982)、 8.当N充分大时,怎样求? 9.正方形得边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝? 10.设假定g就是准确得,而对t得测量有±0、1秒得误差,证明当t增加时S得绝对误差增 加,而相对误差却减小、 11.序列满足递推关系(n=1,2,…),若(三位有效数字),计算到时误差有多大?这个计算过程 稳定吗? 12.计算,取,利用下列等式计算,哪一个得到得结果最好? 13.,求f(30)得值、若开平方用六位函数表,问求对数时误差有多大?若改用另一等价公式 计算,求对数时误差有多大? 14.试用消元法解方程组假定只用三位数计算,问结果就是否可靠? 15.已知三角形面积其中c为弧度,,且测量a ,b ,c得误差分别为证明面积得误差满足 第二章插值法 1.根据(2、2)定义得范德蒙行列式,令 证明就是n次多项式,它得根就是,且 、 2.当x= 1 , -1 , 2 时, f(x)= 0 , -3 , 4 ,求f(x)得二次插值多项式、 3. 4., 研究用线性插值求cos x 近似值时得总误差界、

数值计算方法》试题集及答案

《计算方法》期中复习试题 一、填空题: 1、已知3.1)3(,2.1)2(,0.1)1(===f f f ,则用辛普生(辛卜生)公式计算求得 ?≈3 1 _________ )(dx x f ,用三点式求得≈')1(f 。 答案:2.367,0.25 2、1)3(,2)2(,1)1(==-=f f f ,则过这三点的二次插值多项式中2 x 的系数为 ,拉 格朗日插值多项式为 。 答案:-1, )2)(1(21 )3)(1(2)3)(2(21)(2--------= x x x x x x x L 3、近似值*0.231x =关于真值229.0=x 有( 2 )位有效数字; 4、设)(x f 可微,求方程)(x f x =的牛顿迭代格式是( ); 答案 )(1)(1n n n n n x f x f x x x '--- =+ 5、对1)(3 ++=x x x f ,差商=]3,2,1,0[f ( 1 ),=]4,3,2,1,0[f ( 0 ); 6、计算方法主要研究( 截断 )误差和( 舍入 )误差; 7、用二分法求非线性方程 f (x )=0在区间(a ,b )内的根时,二分n 次后的误差限为 ( 1 2+-n a b ); 8、已知f (1)=2,f (2)=3,f (4)=5.9,则二次Newton 插值多项式中x 2系数为( 0.15 ); 11、 两点式高斯型求积公式?1 d )(x x f ≈( ?++-≈1 )] 321 3()3213([21d )(f f x x f ),代数精度 为( 5 ); 12、 为了使计算 32)1(6 )1(41310-- -+-+ =x x x y 的乘除法次数尽量地少,应将该表达 式改写为 11 ,))64(3(10-= -++=x t t t t y ,为了减少舍入误差,应将表达式1999 2001-

数值分析第四版习题及答案

第四版 数值分析习题 第一章 绪 论 1. 设x >0,x 的相对误差为δ,求ln x 的误差. 2. 设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差. 3. 下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差限不超过最后一位的半个单位,试 指出它们是几位有效数字: *****123451.1021,0.031,385.6,56.430,7 1.0.x x x x x =====? 4. 利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限: ********12412324(),(),()/,i x x x ii x x x iii x x ++其中**** 1234 ,,,x x x x 均为第3题所给的数. 5. 计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R 时允许的相对误差限是多少? 6. 设028,Y =按递推公式 1n n Y Y -= ( n=1,2,…) 计算到100Y .27.982(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=的两个根,使它至少具有四位有效数字27.982). 8. 当N 充分大时,怎样求 211N dx x +∞ +? ? 9. 正方形的边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝2 ? 10. 设 212S gt = 假定g 是准确的,而对t 的测量有±0.1秒的误差,证明当t 增加时S 的 绝对误差增加,而相对误差却减小. 11. 序列{}n y 满足递推关系1101n n y y -=-(n=1,2,…),若0 1.41y ≈(三位有效数

字),计算到10y 时误差有多大?这个计算过程稳定吗? 12. 计算6 1)f =, 1.4≈,利用下列等式计算,哪一个得到的结果最好? 3 -- 13. ()ln(f x x =,求f (30)的值.若开平方用六位函数表,问求对数时误差有多大? 若改用另一等价公式 ln(ln(x x =- 计算,求对数时误差有多大? 14. 试用消元法解方程组 { 101012121010; 2. x x x x +=+=假定只用三位数计算,问结果是否可靠? 15. 已知三角形面积 1sin ,2s ab c = 其中c 为弧度, 02c π<<,且测量a ,b ,c 的误差分别为,,.a b c ???证明面积的误差s ?满足 .s a b c s a b c ????≤++ 第二章 插值法 1. 根据( 2.2)定义的范德蒙行列式,令 20000112111 2 1 ()(,,,,)11 n n n n n n n n n x x x V x V x x x x x x x x x x ----== 证明()n V x 是n 次多项式,它的根是01,,n x x - ,且 101101()(,,,)()()n n n n V x V x x x x x x x ---=-- . 2. 当x = 1 , -1 , 2 时, f (x)= 0 , -3 , 4 ,求f (x )的二次插值多项式. 3. 给出f (x )=ln x 的数值表用线性插值及二次插值计算ln 0.54 的近似值.

数值计算实例

数值计算 插值 假设需要得到x 坐标每改变0.1 时的y 坐标, 用三次插值方法对机翼断面下缘轮廓线上的部分数据加细, 并作出插值函数的图形. 程序: clear, close all x=[0,3,5,7,9,11,12,13,14,15]; y=[0,1.2,1.7,2.0,2.1,2.0,1.8,1.2,1.0,1.6]; plot(x,y); xi=0:0.1:15; yi_cubic=interp1(x,y,xi,'cubic'); plot(x,y,'ro',xi,yi_cubic); pp=csape(x,y,'second'); v=ppval(pp,xi); v; T=(ppval(pp,0.1)-ppval(pp,0))/0.1; angle=atan(T)*180/pi; s=v(130:151); ss=min(s); 图形: 最小二乘拟合

已知空气温度与动力粘度关系如下,进行最小二乘拟合 0℃170.8×10^-4mPa.s 40℃190.4×10^-4mPa.s 74 ℃210.2×10^-4mPa.s 229 ℃263.8×10^-4mPa.s 334℃312.3×10^-4mPa.s 409℃341.3×10^-4mPa.s 481℃358.3×10^-4mPa.s 565℃375.0×10^-4mPa.s 638℃401.4×10^-4mPa.s 750 ℃426.3×10^-4mPa.s 810 ℃441.9×10^-4mPa.s 程序: >> x=[0 40 74 229 334 409 481 565 638 750 810]; >> y=[170.8 190.4 210.2 263.8 312.3 341.3 358.3 375.0 401.4 426.3 441.9]; >> p=polyfit(x,y,2) p = -0.0002 0.4652 172.5460 >> xi=[0:2:810]; >> yi=polyval(p,xi); >> plot(x,y,'ko-',xi,yi,'k--') 解线性方程组的直接法

应用数值分析(第四版)课后习题答案第2章

第二章习题解答 1. ( 1) R n Xn中的子集“上三角阵”和“正交矩阵”对矩阵乘法是封闭的。 (2)R n Xn中的子集“正交矩阵”,“非奇异的对称阵”和“单位上(下)三角阵”对矩阵求逆是 封闭的。 -1 设A是nXn的正交矩阵。证明A也是nXn的正交矩阵。 证明:⑴证明:A为上三角阵,B为上三角阵,A, B R n n a ij 0(i j ), b ij 0(i j) n C AB 则G j a ik b kj, C j 0(i j) k1 上三角阵对矩阵乘法封闭。 以下证明:A为正交矩阵,B为正交矩阵,A,B R n n AA T A T A E,BB T B T B E (AB)((AB)T) ABB T A T E,( AB)T(AB) B T A T AB E AB为正交矩阵,故正交矩阵对矩阵乘法封闭。 (2) A是nXn的正交矩阵 A A-1 =A-1A=E 故(A-1) -1 =A A-1(A1) -1= (A-1) -1A-1 =E 故A-1也是nXn 的正交矩阵。 设A是非奇异的对称阵,证A也是非奇异的对称阵。 A非奇异.A可逆且A-1非奇异 又A T=A .( A-1)T=( A T)-1=A-1 故A-1也是非奇异的对称阵 设 A 是单位上(下)三角阵。证A-1也是单位上(下)三角阵。 -1 证明:A是单位上三角阵,故|A|=1 ,.A可逆,即A存在,记为(b ij ) n Xn n 由 A A =E,则a j b jk ik (其中a ij 0 j >i 时,1) j1 故b nn=1, b ni=0 (n 丰 j) 类似可得,b ii =1 (j=1 …n) b jk=0 (k > j) 即A-1是单位上三角阵 综上所述可得。F t Xn中的子集“正交矩阵”,“非奇异的对称阵”和“单位上(下)三角阵”对矩阵求逆是封闭的。 2、试求齐次线行方程组Ax=0 的基础解 系。 1 21 41 A= 0 11 00

(完整版)数值分析每节课的教学重点、难点

计算方法教案新疆医科大学 数学教研室 张利萍

一、课程基本信息 1、课程英文名称:Numerical Analysis 2、课程类别:专业基础课程 3、课程学时:总学时54 4、学分:4 5、先修课程:《高等数学》、《线性代数》、《Matlab 语言》 二、课程的目的与任务: 计算方法是信息管理与信息系统专业的重要理论基础课程,是现代数学的一个重要分支。其主要任务是介绍进行科学计算的理论方法,即在计算机上对来自科学研究和工程实际中的数学问题进行数值计算和分析的理论和方法。通过本课程的学习,不仅使学生初步掌握数值分析的基本理论知识,而且使学生具备一定的科学计算的能力、分析问题和解决问题的能力,为学习后继课程以及将来从事科学计算、计算机应用和科学研究等工作奠定必要的数学基础。 三、课程的基本要求: 1.掌握计算方法的常用的基本的数值计算方法 2.掌握计算方法的基本理论、分析方法和原理 3.能利用计算机解决科学和工程中的某些数值计算应用问题,增强学生综合运用知识的能力 4.了解科学计算的发展方向和应用前景 四、教学内容、要求及学时分配: (一) 理论教学: 引论(2学时) 第一讲(1-2节) 1.教学内容: 计算方法(数值分析)这门课程的形成背景及主要研究内容、研究方法、主要特点;算法的有关概念及要求;误差的来源、意义、及其有关概念。数值计算中应注意的一些问题。 2.重点难点: 算法设计及其表达法;误差的基本概念。数值计算中应注意的一些问题。3.教学目标: 了解数值分析的基本概念;掌握误差的基本概念:误差、相对误差、误差限、相对误差限、有效数字;理解有效数字与误差的关系。学会选用相对较好的数值计算方法。

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