《数值分析》第一章答案
第一章习题解答 _数值分析
第一章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 rx 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 xδδδδ==⋅⋅==4、长方体的长宽高分别为50cm ，20cm 和10cm ，试求测量误差满足什么条件时其表面积的误差不超过1cm 2。
解：设2()S xy yz zx =++{}[]{}(,,)(,,)(,,)()||()||()||()(,,)(,,)(,,)||||||max (),(),()2()2()2()max (),(),()1S x y z S x y z S x y z e S e x e y e z x y zS x y z S x y z S x y z e x e y e z x y z y z z x x y e x e y e z ∂∂∂≤++∂∂∂⎛⎫∂∂∂≤++ ⎪∂∂∂⎝⎭=+++++<{}[]11max (),(),()2()2()2()4()110.0031254(502010)320e x e y e z y z z x x y x y z <=+++++++===++测量误差小于0.00625时其表面积的误差不超过1cm 2。
7、计算61)1.414≈。
利用以下四种计算格式，试问哪一种算法误差最小。
（1（2）3(3- （3（4）99- 解：计算各项的条件数'()(())||()xf x cond f x f x = 11 1.41461(),(())| 3.5147(1)x f x cond f x x ===+ 3221.414()(32),(())|49.3256x f x x c o n d f x ==-= 33 1.41431(),(())| 1.4557(32)x f x cond f x x ===+ 44 1.414()9970,(())|4949x f x x cond f x ==-= 由计算知，第三种算法误差最小。
数值分析课后习题及答案
第一章 绪论（12） 第二章 插值法（40-42）2、当2,1,1-=x 时，4,3,0)(-=x f ，求)(x f 的二次插值多项式。
[解]372365)1(34)23(21)12)(12()1)(1(4)21)(11()2)(1()3()21)(11()2)(1(0))(())(())(())(())(())(()(2221202102210120120102102-+=-++--=+-+-⨯+------⨯-+-+-+⨯=----+----+----=x x x x x x x x x x x x x x x x x x x y x x x x x x x x y x x x x x x x x y x L 。
3、给出x x f ln )(=的数值表用线性插值及二次插值计算54.0ln 的近似值。
X 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x ln -0.916291 -0.693147 -0.510826 -0.357765 -0.223144[解]若取5.00=x ，6.01=x ，则693147.0)5.0()(00-===f x f y ，510826.0)6.0()(11-===f x f y ，则604752.182321.1)5.0(10826.5)6.0(93147.65.06.05.0510826.06.05.06.0693147.0)(010110101-=---=--⨯---⨯-=--+--=x x x x x x x x x y x x x x y x L ，从而6202186.0604752.19845334.0604752.154.082321.1)54.0(1-=-=-⨯=L 。
若取4.00=x ，5.01=x ，6.02=x ，则916291.0)4.0()(00-===f x f y ，693147.0)5.0()(11-===f x f y ，510826.0)6.0()(22-===f x f y ，则 217097.2068475.404115.2)2.09.0(5413.25)24.0(3147.69)3.01.1(81455.45)5.06.0)(4.06.0()5.0)(4.0()510826.0()6.05.0)(4.05.0()6.0)(4.0()693147.0()6.04.0)(5.04.0()6.0)(5.0(916291.0))(())(())(())(())(())(()(22221202102210120120102102-+-=+--+-⨯++-⨯-=----⨯-+----⨯-+----⨯-=----+----+----=x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x y x x x x x x x x y x x x x x x x x y x L ，从而61531984.0217097.21969765.259519934.0217097.254.0068475.454.004115.2)54.0(22-=-+-=-⨯+⨯-=L补充题：1、令00=x ，11=x ，写出x e x y -=)(的一次插值多项式)(1x L ，并估计插值余项。
数值分析课第一次作业答案answer1
计算机习题： 1. 作多项式 p，以 −1，0，1 为零点，首项系数为 2，并计算 p(3)。 4
答案：p = poly ([−1, 0, 1])，s = polyval(p, 3)。 2. 已知函数在下列各点的值为 xi 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
2
a 6 6e+154 0 1 1
b 10 10e+154 1 -1e+5 -4
c -4 -4e+154 1 1 3.999999
-1e+155 -7e+155 1e+155 答案：第二种方法更准确，因为第一种方法是一个累加的过程。 matlab 的 x = a : h : b 和 x = a + (0 : n) ∗ h 是第二种方法实现的。 代码： format long e a = 0; b = 8; n = 9; h = (b-a)/n; x(1) = a; y(1) = a; for j = 1:n, x(j+1) = x(j) + h; y(j+1) = y(1) + j*h; end [x',y',(a:h:b)',a+(0:n)’*h] 第二章 插值法 1. 当 x = 1, −1, 2 时，f (x) = 0, −3, 4，求 f (x) 的二次插值多项式。 （计算两遍，分别用拉格朗日插值和牛顿插值）
5
f (xi ) 0.98 0.92 0.81 0.64 0.38 求 4 次牛顿插值多项式 P4 (x) 并画图。 答案： 代码： x=0.2:0.2:1.0; y=[0.98,0.92,0.81,0.64,0.38]; n = length(y); if length(x)~=n, error('x and y are not compatible'); end D = zeros(n,n); D(:,1)=y(:); for j=2:n for i=j:n D(i,j) = (D(i,j-1)-D(i-1,j-1))/(x(i)-x(i-j+1)); end end p=D(1,1)*[zeros(1,n-1),1]; for k=2:n p=p+D(k,k)*[zeros(1,n-k),poly(x(1:k-1))]; end x=0.2:0.01:1.0; z=polyval(p,x); plot(x,z) 比较：p = polyf it(x, y, 4)。
《数值分析》第一章答案
《数值分析》第一章答案习题11．以下各表示的近似数，问具有几位有效数字？并将它舍入成有效数。
（1）*1x ＝451.023， 1x ＝451.01；（2）*2x ＝－0.045 113， 2x ＝－0.045 18；（3）*3x ＝23.421 3， 3x ＝23.460 4；（4）*4x ＝31， 4x ＝0.333 3；（5）*5x ＝23.496， 5x ＝23.494；（6）*6x ＝96×510， 6x ＝96.1×510；（7）*7x ＝0.000 96， 7x ＝0.96×310-；（8）*8x ＝－8 700， 8x ＝－8 700.3。
解：(1) =*1x 451.023 =1x 451.01=-1*1x x 0.01311021-?≤，1x 具有4位有效数字。
→1x 451.0(2) -=*2x 0.045 113 -=2x 0.045 18=-<?-2*241021x x 0.045 18045113.0-=0.000 06731021-?<2x 具有2位有效数字，045.02-→x(3)=*3x 23.4213 =3x 23.4604=-3*3x x =-4604.234213.23=-4213.234604.231 10210391.0-?≤3x 具有3位有效数字，4.233→x (不能写为23.5) (4) =*4x 31 ，=4x 0.3333=-4*4x x 41021000033.0-?<,4x 具有4位有效数字，=4x 0.3333(5) =*5x 23.496，=5x 23.494=-5*5x x =-494.23496.2321021002.0-?<5x具有4位有效数字，→5x 23.50 (不能写为23.49)(6) =*6x 51096?71096.0?==6x 5101.96?710961.0?==-6*6x x 710001.0-?72101021--??≤6x 具有2位有效数字，57610961096.0?=?=x (7) =*7x 0.00096 371096.0-?=x3*71096.0-?=x =-7*7x x 0 7x 精确(8) 8700*8-=x 8x 3.8700-=8*8x x -010213.0?≤=8x 具有4位有效数字，8x 8700-=精确2.以下各数均为有效数字： (1) 0.1062 + 0.947; (3)2.747?6.83;(2)23.46―12.753; (4)1.473 / 0.064 。
《数值分析》杨大地-答案(第一章)精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版数值分析-第1章1．填空题(1)为便于算法在计算机上实现，必须将一个数学问题分解为有限次的四则运算；(2)在数值计算中为避免损失有效数字，尽量避免两个相近数作减法运算；为避免误差的扩大，也尽量避免分母的绝对值远小于分子的绝对值；(3)误差有四大来源,数值分析主要处理其中的截断误差和舍入误差；(4)有效数字越多,相对误差越小；2. 用例1.4的算法计算10,迭代3次,计算结果保留4位有效数字。
//见P4解题思路：假定x0是√a的一个近似值，x0>0，则ax0也是√a的一个近似值,且x0和ax0两个近似值必有一个大于√a，另一个小于√a，设想它们的平均值应为√a的更好的近似值，于是x k+1=1 2(x k+ax k)，k=0，1，2，……解：取x0=3，按算法x k+1=12(x k+ax k)，k=0，1，2，……迭代3次有：x1=12(x0+10x0)=(3+103)≈3.167x2=12(x1+10x1)=(3.167+103.167)≈3.162x3=12(x2+10x2)=(3.162+103.162)≈3.1623. 推导开平方运算的误差限公式,并说明什么情况下结果误差不大于自变量误差。
//见P8解：已知f(x)=√x，设x∗是准确值，令x是x∗的一个近似值,则相对误差e(f(x))=f(x)−f(x∗)，由Taylor公式f(x∗)=f(x)0！ +f′(x)1！(x∗−x)+f"(x)2！(x∗−x)2+⋯+f n(x)n！(x∗−x)n+R n(x)其中，R n(x)=f n+1(ξ)(n+1)！(x∗−x)n+1将f(x∗)展开分析有：f(x∗)=√x2√x x∗−x)+⋯+f n(ξ)n！(x∗−x)n+R n(x)∴e(f(x))=f(x)−f(x∗)=− (2√x x∗−x)+⋯+f n(ξ)n！(x∗−x)n+R n(x))∴|e(f(x))|≤ ε(f(x))≤|2√x |ε(x)+⋯+|f n(ξ)n！εn(x)|+|R n(x)|忽略二阶以上无穷小，可得f(x)的误差限公式为ε(f(x))≈2√x(x)。
数值分析课程课后习题答案(李庆扬等)1
第一章 绪论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n x 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 。
数值分析部分答案
计算， 解
Q f(x) ln(x Jx21),f(30)In(30 s/899)设u ^y899, y f (30)则u*
yu
u
1*
g u
0.0167
3
若改用等价公式
ln(x•.厂1)In (x1)
贝卩f(30)In(30x899)
此时
* *
yr u
u
1*
u
59.9833
7
第二章插值法
2
X
0.4
0.5
(y2*)10 (y「)
2
(y2*)10 (y°*)
S*)1010(yo*)
101011022
(x1)7
6* *
7y x
(x 1)
* *
y x
*2*
(32x)g x
6* *
*y g x
3 2x
* *
y x
(3 2.2)3计算y值，则
1
(3 2x )4
1*
7y x
(3 2x )7'
* *
y x
(3 2 <2)
(3)(x2/x4)
0.031 385.6
1.1021 385.6
x；
*ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(X4)
X4(X2)
* 2
X4
131
1056.43010
2 2
56.430 56.430
5
解：球体体积为V 4R
3
则何种函数的条件数为
2
Rgl R
1 V丨
43
-R3
3
3
r(V*) Cpgr(R*)3r(R*)
Cp
又Qr(V*)1
数值分析课后答案chap1
∴ ε r (( x*) ) ≈ 0.02 n
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 ：
∫
N +1
N
9．正方形的边长大约为了 100cm，应怎样 测量才能使其面积误差不超过 1cm 2 ？
解：正方形的面积函数为 A( x ) = x 2
∴ y1 = 10 y0 − 1 ∴ ε ( y1*) = 10ε ( y0 *)
又∵ y2 = 10 y1 − 1
∴ ε ( A*) = 2 A *iε ( x*) .
* * * (1)ε ( x1 + x2 + x4 ) * * * = ε ( x1 ) + ε ( x2 ) + ε ( x4 )
又∵ f '( x) = nx n−1 , ∴ C p =| 又∵ ε r (( x*) n) ≈ C p ⋅ ε r ( x*) 且 er ( x*) 为 2
1 1 1 = ×10−4 + ×10−3 + ×10−3 2 2 2 −3 = 1.05 × 10
x = 56.430 , x = 7 ×1.0.
* 解： x1 = 1.1021 是五位有效数字； * x2 = 0.031 是二位有效数字； * x3 = 385.6 是四位有效数字； * x4 = 56.430 是五位有效数字；
≈
1 1 0.031× × 10−3 + 56.430 × ×10 −3 2 2 = 56.430 × 56.430 −5 = 10
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习题11． 以下各表示的近似数，问具有几位有效数字？并将它舍入成有效数。
（1）*1x ＝451.023， 1x ＝451.01； （2）*2x ＝－0.045 113， 2x ＝－0.045 18； （3）*3x ＝23.421 3， 3x ＝23.460 4；（4）*4x ＝31，4x ＝0.333 3；（5）*5x ＝23.496， 5x ＝23.494； （6）*6x ＝96×510， 6x ＝96.1×510； （7）*7x ＝0.000 96， 7x ＝0.96×310-； （8）*8x ＝－8 700， 8x ＝－8 700.3。
解：(1) =*1x 451.023 =1x 451.01=-1*1x x 0.01311021-⨯≤，1x 具有4位有效数字。
→1x 451.0(2) -=*2x 0.045 113 -=2x 0.045 18=-<⨯-2*241021x x 0.045 18045113.0-=0.000 06731021-⨯<2x 具有2位有效数字，045.02-→x(3)=*3x 23.4213 =3x 23.4604=-3*3x x =-4604.234213.23=-4213.234604.23110210391.0-⨯≤3x 具有3位有效数字，4.233→x (不能写为23.5)(4) =*4x 31，=4x 0.3333=-4*4x x 41021000033.0-⨯< ,4x 具有4位有效数字，=4x 0.3333 (5) =*5x 23.496，=5x 23.494=-5*5x x =-494.23496.2321021002.0-⨯<5x 具有4位有效数字， →5x 23.50 (不能写为23.49)(6) =*6x 51096⨯71096.0⨯= =6x 5101.96⨯710961.0⨯==-6*6x x 710001.0-⨯72101021--⨯⨯≤6x 具有2位有效数字，57610961096.0⨯=⨯=x(7) =*7x 0.00096 371096.0-⨯=x 3*71096.0-⨯=x =-7*7x x 0 7x 精确 (8) 8700*8-=x 8x 3.8700-=8*8x x -010213.0⨯≤= 8x 具有4位有效数字，8x 8700-=精确 2.以下各数均为有效数字： (1) 0.1062 + 0.947; (3)2.747⨯6.83;(2)23.46―12.753; (4)1.473 / 0.064 。
问经过上述运算后，准确结果所在的最小区间分别是什么？ 解：(1) 1x =0.1062，2x =0.947，1x +2x =1.0532 )(1x e 41021-⨯≤，)(2x e 31021-⨯≤ )()()(2121x e x e x x e +≈+≤+≤)()(21x e x e 3410211021--⨯+⨯ =0.00055*2*1x x +∈[1.053200055.0-，1.0532+0.00055]=[1.05265，1.05375] (2) 1x =23.46， -=2x 12.753 =-21x x 10.707)(1x e 21021-⨯≤，)(2x e 31021-⨯≤ )()()(2121x e x e x x e -≈-≤)()(21x e x e +3210211021--⨯+⨯≤=0.0055 ∈-*2*1x x [10.7070055.0-, 10.707+0.0055]=[10.7015,10.7125](3) =1x 2.747 =2x 6.83 =21x x 18.76201,≤)(1x e 31021-⨯, )(2x e 21021-⨯≤ )()()()()(2112211221x e x x e x x e x x e x x x e +≤+≈⨯⨯=⨯⨯+⨯⨯≤---22310211021747.2102183.6(0.683+2.747)=0.01715]77916.18,74486.18[]01715.076201.18,01715.076201.18[*2*1=+-∈x x(4) =1x 1.473 , =2x 0.064 , =21x x 23.015625)(1x e 31021-⨯≤, )(2x e 31021-⨯≤ )()(1)(22211221x e x x x e x x x e -≈ =+≤)()(1)(22211221x e x x x e x x x e 3231021064.0473.11021064.01--⨯⨯+⨯⨯ =0.187622∈*2*1x x [23.015625187622.0-, 23.015625+0.187622] =[22.828003 , 23.203247]3.对一元2次方程01402=+-x x ，如果≈39919.975具有5位有效数字，求其具有5位有效数字的根。
解：01402=+-x x399400402=+-x x=*1x 39920+ , =*2x 39920139920+=-记 =*x 399 ,=x 19.975 )(x e 31021-⨯≤=1x 20x +=20+19.975=39.975 )()(21x e x e =31021-⨯≤ ∴1x 具有5位有效数字。
=2x 025*******.0975.391975.19201201==+=+x -≈)(2x e 2)20()(x x e + ，≤+≈22)20()()(x x e x e 6623102110313.0975.391021---⨯<⨯=⨯ 因而 2x 具有5位有效数字。
≈2x 0.025016 也可根据 =21x x 1 得到 ==121x x 025*******.0975.391= 2112)()(x x e x e -≈ 262112975.391021)()(-⨯≤≈x x e x e 4.若937.01≈x 具有3位有效数字，问1x 的相对误差限是多？设x x f -=1)(，求)(1x f 的绝对误差限和相对误差限。
解：=1x 0.937 )(1x e 31021-⨯≤≤=111)()(x x e x e r 3310534.0937.01021--⨯=⨯ x x f -=1)( ,xx f --='121)(='≈)()()(x e x f f e 21-)(11x e x-⋅ , ≈))((1x f e 21)(1111x e x -⋅3310996.01021937.01121--⨯=⨯⨯-⨯≤ -≈=f f e f e r )()()(1121x e x-⋅， ≈))((1x f e r 21≤-⋅)(1111x e x 31021937.01121-⨯⨯-⨯=31097.300397.0-⨯= 5.取42.101.2≈，41.100.2≈试按00.201.2-=A 和)00.201.2(01.0+=A 两种算法求A 的值，并分别求出两种算法所得A 的近似值的绝对误差限和相对误差限，问两种结果各至少具有几位有效数字？解：1) 记 =*1x 01.2 ，=1x 1.42 ，*2x =00.2 ，=2x 1.41 则 ≤)(1x e 21021-⨯ ，)(2x e 21021-⨯≤ *A 01.041.142.100.201.2=-≈-= 1A 01.041.142.1=-=)()()()(21211x e x e x x e A e -≈-=)()()()()(21211x e x e x e x e A e +≤-≈2221010211021---=⨯+⨯=≤=111)()(A A e A e r 101.0102=- 不能肯定所得结果具有一位有效数字。
2 ) *A =)00.201.2(01.0+， =2A 00353356.083.201.0)41.142.1(01.0==+ )()(101.0))(01.0()(21221212x x e x x x x e A e ++⨯-=+=)10211021()41.142.1(101.0)(2222--⨯+⨯⨯+⨯≤A e 4410211012486.0--⨯<⨯=∴ 具有2位有效数字。
≤=222)()(A A e A e r 24103533547.000353356.01012486.0--⨯=⨯ 3) 2*121*A A A A A A -+-=- 2*121*A A A A A A ---≥- 241021006.0102101.000353356.0--⨯>=⨯--= ∴ 1A 无有效位数。
6.计算球的体积所产生的相对误差为1%。
若根据所得体积的值推算球的半径，问相对误差为多少？解： π34=V 3R ,π4=dV dR R 232344R dR R V dV ππ==3R dR)(31)(V e R e r r ≈由 )(V e r =210- 知 21031)(-⨯≤R e r7.有一圆柱，高为25.00 cm ，半径为20.00±0.05 cm 。
试求按所给数据计算这个圆柱的体积和圆柱的侧面积所产生的相对误差限。
解：1) h R R V 2)(π=)(2)(2)()()(2R e R e hR RhR R e V R R V V e r r r r =⋅=⋅'≈ππ ≤≈)(2)(R e V e r r 005.020012005.02==⨯2) π2)(=R S Rh)()(22)()()(R e R e Rh R h R e S R R S S e r r r r =⋅=⋅'≈ππ )()(R e S e r r ≈0025.02005.0=≤答 计算体积的相对误差限为0.005，计算侧面积的相对误差限为0.0025 9.试改变下列表达式，使计算结果比较精确：(1) 21cos 1cos 1⎪⎭⎫ ⎝⎛+-x x , 当1<<x 时；(2)x x -+1, 当1>>x 时；(3) xxx +--+11211, 当1<<x 时； (4)xxsin cos 1-, 当1<<x 时。
解 : (1) 22cos 22sin 2cos 1cos 1212221x tg x x x x =⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+- (2)xx x x ++=-+111 (3) )1)(21()21()1()1)(21()21)(1()1(112112x x x x x x x x x x x x x ++-+-+=+++--+=+--+ =)1)(21(22x x x ++(4)22cos 2sin 22sin 2sin cos 12xtg x x x x x ==-10.若1个计算机的字长3=n ，基数10=β，阶码22≤≤-p ，问这台计算机能精确表示几个实数。