数值计算第一二章答案
数值计算第一二章答案
第一章数值计算中的误差习题一1.1 下列各近似数的绝对误差限是最末位的半个单位，试指出它们各有几位有效数字。
1x =-3。
105 , 2x =0.001, 3x =0。
100, 4x =253。
40， 5x =5000， 6x =5⨯310.答案：4，1，3，6，4，1。
1。
2 设100〉*x >10,x 是*x 的有五位有效数字的的近似数,求x 的绝对误差限。
答案:当10<x 〈100时，因为有5位有效数字,所以绝对误差限为0。
005。
1。
3 求下列各近似数的相对误差限和有效数字位数： 1） 123x x x ++,2） 124x x x 3） 24x x 答案：()10.0005e x ≤()20.0005e x ≤()30.0005e x ≤ ()40.005e x ≤ ()50.5e x ≤ ()60.5e x ≤1）()()()()123123e x x x e x e x e x ++=++≤()()()123e x e x e x ++3221.5100.15100.510---≤⨯=⨯≤⨯2123()0.1510x x x ε-++=⨯123123123()()0.0004993...0.0004994r x x x e x x x x x x ε++++==≤++123x x x ++=-3。
004 精确到小数点后两位,所以有三位有效数字。
2）()()()()()()12424112424114224()e x x x x x e x x e x x x x e x x x e x x e x =+=++ =()()()241142124)x x e x x x e x x x e x ++()()()241142124x x e x x x e x x x e x ≤++ =660.5100.31050.0005 3.1050.510--⨯+⨯+⨯⨯ 所以43124() 1.71275100.510x x x ε--=⨯≤⨯124x x x =43.105100.0003105--⨯=-41241244124() 1.7127510()0.5515...3.10510r x x x e x x x x x x ε--⨯===⨯3）()()2222424244444()()1x x e x x e x e e x e x x x x x x ⎛⎫≈-≤+⎪⎝⎭325105420.5100.5100.197316100.77868100.1997100.510253.40253.40------⨯⨯=+=⨯+⨯≈⨯<⨯ 又由24x x 50.3946310-≈⨯知有0位有效数字 ∴522440.1997100.5r x e x x x -⎛⎫⨯≤≈ ⎪⎝⎭1。
计算方法一二章答案
4
x3=0.3466 x7=0.3572 ∴ x ≈ 0.3574
1) 2) 4) 3)
x=1+1/x2 x3=1+x2 x2=x3-1 x2=1/(x-1)
方程求根
解：1) x 1 1 x2
|1’(x)|= | -2 1 x3 |= 2
(x)
1 1.53 | x0=1.5 =0.59 <1(收敛)
2) x 3 1 x 2
| 2’(x)|= | 1 3
(1)单调区间：
令f’(x)=ex-4=0, x=ln4≈1.4，所以有两个单调区间： [- ∞，1.4](递减)和[1.4， ∞](递增)
(2)有根区间：∴ 存在两个有根区间为：[0，1] 和[2，3]
[- ∞，1.4]区间：f(0)=1>0，f(1)=e-4<0，所以有根区间为：[0，1] [1.4，+ ∞]区间：f(2)=e2-8<0，f(3)=e3-12>0，所以有根区间为：[2，3]
方程求根
3：用简单迭代法求方程ex-4x=0的根，并验 证收敛性，精确到4位有效数字。
解：2.在区间[0,1]上构造收敛的公式并计算
x=ln(4x)= φ2(x) (1)两种等价形式： x=ex/4=φ1(x)； xk (2) x=ex/4=φ1(x)： e |φ1’(x)|=ex/4<1 (收敛)， 迭代公式为： xk 1
数值分析第五版答案(全)
第一章 绪论1．设0x >,x 的相对误差为δ，求ln x 的误差。
解：近似值*x 的相对误差为*****r e x x e x x δ-=== 而ln x 的误差为()1ln *ln *ln **e x x x e x =-≈ 进而有(ln *)x εδ≈2．设x 的相对误差为2%，求nx 的相对误差。
解：设()nf x x =，则函数的条件数为'()||()p xf x C f x = 又1'()n f x nx-=, 1||n p x nx C n n-⋅∴==又((*))(*)r p r x n C x εε≈⋅且(*)r e x 为2((*))0.02n r x n ε∴≈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：*1 1.1021x =,*20.031x =, *3385.6x =, *456.430x =,*57 1.0.x =⨯ 解：*1 1.1021x =是五位有效数字； *20.031x =是二位有效数字； *3385.6x =是四位有效数字； *456.430x =是五位有效数字；*57 1.0.x =⨯是二位有效数字。
4．利用公式(2.3)求下列各近似值的误差限：(1) ***124x x x ++,(2) ***123x x x ,(3) **24/x x . 其中****1234,,,x x x x 均为第3题所给的数。
解：*41*32*13*34*151()1021()1021()1021()1021()102x x x x x εεεεε-----=⨯=⨯=⨯=⨯=⨯***124***1244333(1)()()()()1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=⨯+⨯+⨯=⨯ ***123*********123231132143(2)()()()()1111.10210.031100.031385.610 1.1021385.6102220.215x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯≈**24****2442*4335(3)(/)()()110.0311056.430102256.43056.43010x x x x x x xεεε---+≈⨯⨯+⨯⨯=⨯=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？ 解：球体体积为343V R π=则何种函数的条件数为23'4343p R V R R C V R ππ===(*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈=又(*)1r V ε=故度量半径R 时允许的相对误差限为1(*)10.333r R ε=⨯≈6．设028Y =，按递推公式1n n Y Y -= （n=1,2,…）计算到100Y 27.982≈（5位有效数字），试问计算100Y 将有多大误差？解：1n n Y Y -=-10099Y Y ∴=9998Y Y =-9897Y Y =……10Y Y =-依次代入后，有1000100Y Y =-即1000Y Y =，27.982≈, 100027.982Y Y ∴=-*310001()()(27.982)102Y Y εεε-∴=+=⨯100Y ∴的误差限为31102-⨯。
《数值计算方法》习题答案
《数值计算方法》课后题答案详解吉 林 大 学第一章 习 题 答 案1. 已知(1)2,(1)1,(2)1f f f −===，求()f x 的Lagrange 插值多项式。
解：由题意知：()01201212001020211012012202121,1,2;2,1,1()()(1)(2)()()6()()(1)(2)()()2()()(1)(1)()()3(1)(2)(1)(2)()2162nj j j x x x y y y x x x x x x l x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x l x x x x x x x x L x y l x ==−=====−−−−==−−−−+−==−−−−−+−==−−−−+−==×+×−∴∑()2(1)(1)131386x x x x +−+×=−+2. 取节点01210,1,,2x x x ===对x y e −=建立Lagrange 型二次插值函数，并估计差。
解11201201210,1,;1,,2x x x y y e y e −−======1)由题意知：则根据二次Lagrange插值公式得：02011201201021012202110.510.520.51()()()()()()()()()()()()()2(1)(0.5)2(0.5)4(1)(224)(43)1x x x x x x x x x x x x L x y y y x x x x x x x x x x x x x x x x e x x e e e x e e x −−−−−−−−−−−−=++−−−−−−=−−+−−−=+−+−−+22)Lagrange 根据余项定理，其误差为(3)2210122()1|()||()||(1)(0.5)|3!61max |(1)(0.5)|,(0,1)6()(1)(0.5),()330.5030.2113()61()0.2113(0.21131)(0.21130.5)0.008026x f R x x e x x x x x x t x x x x t x x x x t x R x ξξωξ−+≤≤==−−≤−−∈′=−−=−+=−==≤××−×−=∴取 并令 可知当时，有极大值3. 已知函数y =在4, 6.25,9x x x ===处的函数值，试通过一个二次插值函数求的近似值，并估计其误差。
数值方法简明教程作业集答案
数值计算方法简明教程第一章1 *1x =1.7； *2x =1.73； *3x =1.732 。
2．3． （1） ≤++)(*3*2*1x x x e r 0.00050； （注意：应该用相对误差的定义去求） （2） ≤)(*3*2*1x x x e r 0.50517； （3） ≤)/(*4*2x x e r 0.50002。
4．设6有n 位有效数字，由6≈2.4494……，知6的第一位有效数字1a =2。
令3)1()1(1*1021102211021)(-----⨯≤⨯⨯=⨯=n n r a x ε 可求得满足上述不等式的最小正整数n =4，即至少取四位有效数字，故满足精度要求可取6≈2.449。
5. 答：（1）*x (0>x )的相对误差约是*x 的相对误差的1/2倍；（2）n x )(* 的相对误差约是*x 的相对误差的n 倍。
6． 根据********************sin 21)(cos 21sin 21)(sin 21sin 21)(sin 21)(c b a c e c b a c b a b e c a c b a a e c b S e r ++≤ =******)()()(tgc c e b b e a a e ++ 注意当20*π<<c 时，0**>>c tgc ，即1*1*)()(--<c tgc 。
则有)()()()(****c e b e a e S e r r r r ++<7．设20=y ，41.1*=y ，δ=⨯≤--2*001021y y 由 δ1*001*111010--≤-=-y y y y ，δ2*111*221010--≤-=-y y y yδ10*991*10101010--≤-=-y y y y即当0y 有初始误差δ时，10y 的绝对误差的绝对值将减小1010-倍。
而11010<<-δ，故计算过程稳定。
数值计算方法课后习题答案
第一章 绪论（12）1、设0>x ，x 的相对误差为δ，求x ln 的误差。
[解]设0*>x 为x 的近似值，则有相对误差为δε=)(*x r ，绝对误差为**)(x x δε=，从而x ln 的误差为δδεε=='=*****1)()(ln )(ln x x x x x ， 相对误差为****ln ln )(ln )(ln x x x x rδεε==。
2、设x 的相对误差为2%，求n x 的相对误差。
[解]设*x 为x 的近似值，则有相对误差为%2)(*=x r ε，绝对误差为**%2)(x x =ε，从而nx 的误差为nn x x nxn x x n x x x **1***%2%2)()()()(ln *⋅=='=-=εε，相对误差为%2)()(ln )(ln ***n x x x nr==εε。
3、下列各数都是经过四舍五入得到的近似数，即误差不超过最后一位的半个单位，试指出它们是几位有效数字：1021.1*1=x ，031.0*2=x ，6.385*3=x ，430.56*4=x ，0.17*5⨯=x 。
[解]1021.1*1=x 有5位有效数字；0031.0*2=x 有2位有效数字；6.385*3=x 有4位有效数字；430.56*4=x 有5位有效数字；0.17*5⨯=x 有2位有效数字。
4、利用公式（3.3）求下列各近似值的误差限，其中*4*3*2*1,,,x x x x 均为第3题所给的数。
（1）*4*2*1x x x ++； [解]3334*4*2*11***4*2*1*1005.1102110211021)()()()()(----=⨯=⨯+⨯+⨯=++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=++∑x x x x x f x x x e nk k k εεεε；（2）*3*2*1x x x ；[解]52130996425.010********.2131001708255.01048488.2121059768.01021)031.01021.1(1021)6.3851021.1(1021)6.385031.0()()()()()()()()(3333334*3*2*1*2*3*1*1*3*21***3*2*1*=⨯=⨯+⨯+⨯=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=-------=∑x x x x x x x x x x x f x x x e n k k kεεεε；（3）*4*2/x x 。
数值分析计算方法试题集及答案
数值分析复习试题第一章 绪论 一. 填空题 1.*x为精确值x 的近似值；()**x f y =为一元函数()x f y =1的近似值；()**,*y x f y =为二元函数()y x f y ,2=的近似值，请写出下面的公式：**e x x =-：***r x xe x -=()()()*'1**y f x x εε≈⋅ ()()()()'***1**r r x f x y x f x εε≈⋅()()()()()**,**,*2**f x y f x y y x y x yεεε∂∂≈⋅+⋅∂∂()()()()()****,***,**222r f x y e x f x y e y y x y y y ε∂∂≈⋅+⋅∂∂ 2、 计算方法实际计算时，对数据只能取有限位表示，这时所产生的误差叫 舍入误差 。
3、 分别用2.718281，2.718282作数e 的近似值，则其有效数字分别有6 位和7 位；又取 1.73≈-211.73 10 2≤⨯。
4、 设121.216, 3.654x x ==均具有3位有效数字，则12x x 的相对误差限为0.0055 。
5、 设121.216, 3.654x x ==均具有3位有效数字，则12x x +的误差限为0.01 。
6、 已知近似值 2.4560A x =是由真值T x 经四舍五入得到,则相对误差限为0.0000204 .7、递推公式,⎧⎪⎨⎪⎩0n n-1y =y =10y -1,n =1,2,如果取0 1.41y ≈作计算,则计算到10y 时,误差为8110 2⨯;这个计算公式数值稳定不稳定 不稳定 . 8、精确值 14159265.3*=π，则近似值141.3*1=π和1415.3*2=π分别有 3位和 4 位有效数字。
9、若*2.71828x e x =≈=,则x 有 6 位有效数字，其绝对误差限为1/2*10-5。
10、 设x*的相对误差为2％，求(x*)n的相对误差0.02n11、近似值*0.231x =关于真值229.0=x 有( 2 )位有效数字；12、计算方法主要研究( 截断 )误差和( 舍入 )误差； 13、为了使计算 ()()2334610111y x x x =++---- 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19992001-改写为199920012+。
《现代数值计算方法(MATLAB版)》习题解答
√
5 2
> 1, 故
2.8 提示: (1) A = 1 3 a > 1, ⇒ a3 − 14a + 12 > 0, Seidel 迭代收敛.
a > 0, a 2 − 1 > 0, ⇒ 2 , 当 |a| > 5 时, Jacobi 迭代收敛. (2) a3 − 14a + 12 > 0, a 所以, 当 a ≥ √ 14 时, A 对称正定, 从而 Gauss-
2
故 Jacobi 迭代, Gauss-Seidel 迭代均收敛. 2.13 提示: ρ(J ) = 0.9 < 1, 故迭代法收敛. 1 0 . 5 0. 5 2.14 提示: 容易验证 A = 0.5 1 0.5 是对称正定的, 故 Gauss-Seidel 迭代收敛, 但 2D − A = 0.5 0.5 1 1 −0.5 −0.5 −0.5 1 −0.5 不正定, 故 Jacobi 迭代发散. −0.5 −0.5 1 0 0 −1 3 2.15 提示: BJ = 1 0 0 . 特征方程 3λ + λ + 2 = 0, 特征值 λ1 = −0.478, λ2,3 = 1 2 0 3 3 故 Jacobi 迭代收敛. −1 −1 , 因为 ρ(BS ) = 1, 故 Gauss-Seidel 迭代发散. −1 −22 11 1 2.16 提示: (1) 将原方程组的系数矩阵调整为: 1 −4 2 , 显然为严格对角占优矩阵, 故 11 −5 −33 = 0
1 2
= 0 0 0 0 0
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第一章数值计算中的误差习题一1.1 下列各近似数的绝对误差限是最末位的半个单位，试指出它们各有几位有效数字。
1x =-3.105 , 2x =0.001, 3x =0.100, 4x =253.40, 5x =5000, 6x =5⨯310.答案：4，1，3，6，4，1.1.2 设100>*x >10,x 是*x 的有五位有效数字的的近似数,求x 的绝对误差限。
答案：当10<x<100时,因为有5位有效数字,所以绝对误差限为0.005. 1.3 求下列各近似数的相对误差限和有效数字位数： 1) 123x x x ++,2) 124x x x 3) 24x x 答案：()10.0005e x ≤()20.0005e x ≤()30.0005e x ≤ ()40.005e x ≤ ()50.5e x ≤ ()60.5e x ≤1）()()()()123123e x x x e x e x e x ++=++≤()()()123e x e x e x ++3221.5100.15100.510---≤⨯=⨯≤⨯2123()0.1510x x x ε-++=⨯123123123()()0.0004993...0.0004994r x x x e x x x x x x ε++++==≤++123x x x ++=-3.004 精确到小数点后两位,所以有三位有效数字。
2）()()()()()()12424112424114224()e x x x x x e x x e x x x x e x x x e x x e x =+=++ =()()()241142124)x x e x x x e x x x e x ++()()()241142124x x e x x x e x x x e x ≤++ =660.5100.31050.0005 3.1050.510--⨯+⨯+⨯⨯ 所以43124() 1.71275100.510x x x ε--=⨯≤⨯124x x x =43.105100.0003105--⨯=-41241244124() 1.7127510()0.5515...3.10510r x x x e x x x x x x ε--⨯===⨯3）()()2222424244444()()1x x e x x e x e e x e x x x x x x ⎛⎫≈-≤+⎪⎝⎭325105420.5100.5100.197316100.77868100.1997100.510253.40253.40------⨯⨯=+=⨯+⨯≈⨯<⨯ 又由24x x 50.3946310-≈⨯知有0位有效数字 ∴522440.1997100.5r x e x x x -⎛⎫⨯≤≈ ⎪⎝⎭1.4 x+yz,xyz 和xyz中哪一个的相对误差可能超过所有单项（x,y,z ）的相对误差的五倍 答案：()()()()(()())r r r r r r x yz x yze x yz e x e yz e x e y e z x yz x yz x yz x yz+≈+=++++++ 如果5yz x yz >+ 5x x y z>+且两式同号,则()r e x yz +可能大于()r e x ,()r e y ,()r e z 的5倍。
()()()()r r r r e xyz e x e y e z ≈()()()()()()r r r r r r xe e x e yz e x e y e z yz≈-=-- 1.5 计算球体积要使相对误差为210-,问测量半径r 时允许的相对误差限时多少？答案：31=r 3V π球 3()()3()r r r e v e r e r ≈=要使2()10r e v -≤,只需使23()10r e v -≤即1()300r e v ≤。
1.6 设s=212gt ,假定g 是准确的,但对t 测量有±0.1秒的误差。
证明：当t 增加时,s 的绝对误差限增加,而相对误差限却减少。
答案：21,0,()0.12s gt t e t =>=± ()()e s g t e t ≈ ()()()0.1e s g t e t g t e t g t≈== 显然,当t 增加时, ()e s 增加, ()0.2()2()2r r e t e s e t t t≈==。
1.7 用下列近似数据计算lg x-lg y: 1) x=100,y=100.1 2)x=100,y=410-.答案：由于lg x 与lg y 相近,应避免它们想减,所以lg x-lg y=lgx y1) lg 100-lg100.1=lg100100.1lg 0.999000999≈0.000434077≈- 2) 2)lg 100-lg 410-=lg 410010-=lg 610=61.8 取7位有效数字计算r=21cos ,10sin xx x--=（准确值为0.0050000416...r *=） 答案：因为1与cos 210-相近,sinx 很小，应令1cos sin sin 1cos x x r x x-==+即 22sin100.0099998330.00500004151cos1010.9999500r --=≈≈++ 221cos1010.099995000.005000084sin1010.009999833r ----=≈=+比较知后者产生有效数字的损失 1.9 序列{n y }满足递推关系1101n n y y -=- （n=1,2,3,…）若0 1.41y ≈（3位有效数字），问计算10y 的绝对误差限是多少，这个计算过程稳定吗？ 答案：因为()()()()101099010110...10e y e y e y e y =-===所以()()101010010100.005e y e y =≤⨯误差发生了积累和扩散，故此计算过程不稳定。
1.10 )()2361)199≡≡-是一个恒等式，但用 1.4≈却出现了0.004096=1的结果。
这是怎么回事，哪一个较准确呢？ 答案：分别分析()611y x =-与29970y x =-的误差 ()()()()()651161e y ex x e x =-≈-=()560.4e x ⨯560.40.0142≈⨯⨯=0.0008731()()()2997070700.01420.9947e y e x e x =-≈≈⨯=所以()()12e y e y < ()611y x =-更准确，而2y 得误差太大，导致产生0.004096=1的现象。
第二章 插值法与最小二乘法 习题二2.1证明：对于次数小于等于n 的多项式f(x),满足条件（2.1）的n 次插值多项式()n P x 就是它自身.并由此证明0,(0,1,2,,)nnj m mkk j j kk jx x xx m n x x ==≠-≡=-∑∏答案：① 1令()()()n h x f x P x =-，显然()h x 是次数n ≤的多项式 只需证()0h x ≡，有插值条件知()()j n j f x P x -（j=0,1,2,…n ） 所以有()j h x =()()0j n j f x P x -=（j=0,1,2,…n ） 即()h x 有n+1个互异的根由代数基本定理知n 次代数方程有且仅有n 个根，因此()0h x ≡ ，即()()f x h x ≡，得证。
2 ()()()()1()(1)!n n n f R x f x P x x n ξω+=-=+ 其中0n x x ξ<<，0()()nj j x x x ω==-∏， 由于()f x 为次数小于等于n 的多项式，因此()1n fξ+0≡，0n x x ξ<<，从而()()()0n n R x f x P x =-≡，即()()n f x P x ≡。
②利用上次结论 令()mf x x =记0nj k j j kk jx x l x x =≠-=-∏以0x ，1x ，…，n x 为插值节点，作()f x 的n 次插值多项式得 ()0nn k kk P x x l ==⋅∑由()()n f x R x =即得证 2.2给出概论积分2()xx f x edx -=⎰的数据表试用二次插值计算：1）当x=.472时该积分的值， 2）当x 为何值时积分值等于0.5. 答案：1）()220()i i i P x y l x ==∑，其中20()()()j i j j ii j x x l x x x =≠-=-∏0201122012010210122021()()()()()()()()()()()()()x x x x x x x x x x x x P x y y y x x x x x x x x x x x x ------=++------2(0.472)P =0.49555292）作反插值 以0y ，1y ，2y 为插值节点，以0x ，1x ，2x 为函数值 则()220()i ii P y x l y ==∑，其中20()()()j ij j i i j y y l y y y =≠-=-∏220(0.5)(0.5)i i i P x l ==∑=0.47693632.3 想一想，抛物线插值基础函数是怎么设计出来的？ 答案：由()0102()0l x l x ==得()l x 中含因式12()()x x x x -- 又因为()012()()l x a x x x x =-- 其中a 为常数，又由()001l x =得01021()()a x x x x =--从而得()1200102()()()()x x x x l x x x x x --=--，同理可得()1l x ，()2l x …2.4 设f （x ）=4x ，试用余项定理写出以-1，0，1，2为节点的三次插值多项式. 答案：()()(4)31(1)(0)(1)(2)4!R x f x x x x ξ=+---=(1)(1)(2)x x x x +-- ()1,2ξ∈- ()()()43233(1)(1)(2)22P x f x R x x x x x x x x x =-=-+--=+- 2.5 证明：对于()f x 的以0x ，1x 为节点的一次插值多项式()1P x ，插值误差()()012101()max ()8x x x x x f x P x f x ≤≤-''-≤ 答案：()()1011()()()2f x P x f x x x x ξ''-=-- 0101011max ()max ()()2x x x x x x f x x x x x ≤≤≤≤''≤⋅-- ①2210100110()()()()()()()24x x x x x x x x x x x x x x -+--⎡⎤--≤--≤≤⎢⎥⎣⎦即0121001()max ()()4x x x x x x x x x ≤≤---= ②由①②得()()012101()max ()8x x x x x f x P x f x ≤≤-''-≤ 2.6 已知y=sin x 的函数表试构造差商表，利用二次Newton 插值公式计算sin(1.609)(保留五位小数)，并估计其误差。