数值分析习题第四章
数值分析第四章习题
数值分析第四章习题第四章习题1. 采用数值计算方法，画出dt t t x y x ?=0sin )(在]10 ,0[区间曲线，并计算)5.4(y 。
〖答案〗1.65412. 求函数x e x f 3sin )(=的数值积分?=π 0 )(dx x f s ，并请采用符号计算尝试复算。
〖答案〗s = 5.1354Warning: Explicit integral could not be found. > In sym.int at 58s =int(exp(sin(x)^3),x = 0 .. pi)3. 用quad 求取dx x e x sin 7.15?--ππ的数值积分，并保证积分的绝对精度为910-。
〖答案〗1.087849437547794. 求函数5.08.12cos 5.1)5(sin )(206.02++-=t t t et t f t 在区间]5,5[-中的最小值点。
〖答案〗最小值点是-1.28498111480531 相应目标值是-0.186048010065455. 设0)0(,1)0(,1)(2)(3)(22===+-dt dy y t y dt t dy dt t y d ，用数值法和符号法求5.0)(=t t y 。
〖答案〗数值解y_05 = 0.78958020790127符号解ys =1/2-1/2*exp(2*t)+exp(t)ys_05 =.789580356470605529168507052137806. 求矩阵b Ax =的解，A 为3阶魔方阵，b 是)13(?的全1列向量。
〖答案〗x =0.06670.06670.06677. 求矩阵b Ax =的解，A 为4阶魔方阵，b 是)14(?的全1列向量。
〖答案〗解不唯一x =-0.0074 -0.0809 0.1397 0.0662 0.0588 0.1176 -0.0588。
数值方法课后习题答案第4章
解线性方程组迭代法
第四章 解线性方程组迭代法
习题4-1
第四章
解线性方程组迭代法
Байду номын сангаас
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
解线性方程组迭代法
第四章
习题4
习题4
习题4
习题4
8.
设A为严格对角优势阵，证明：
习题4
9. A是n阶非奇异阵，B是n阶奇异阵，试求证：
习题4
习题4
P91
P91.
x0
p0 r0
Ap0
x1
r1
p1
Ap1
x2
r2
0
3
7
30/29=
17/29=
1360/841=
1530/841=
14/9=
0.3
P91
1.034482758 0 1 8 10/29= 0.344827586
0.570796875 0.493315839 0.500166165 0.499999398 1.001438281 0.998173633 1.000074653 1.000013383 -0.49943416 -
0.500558834 0.499923587 0.500003961
w=1.03
10 29 a0 =10/29=0.344827586
2890/841=3.436385254 260100/24389=10.66464388 a1 =8381/26010=0.322222222 -289/29= -9.965517218 b0 =289/841=0.343638524
《数值分析》第四章答案
习题41. 给定x x f =)(在144,121,100=x 3点处的值，试以这3点建立)(x f 的2次(抛物)插值公式，利用插值公式115求的近似值并估计误差。
再给13169=建立3次插值公式，给出相应的结果。
解：x x f =)( 2121)(-='x x f ，2341)(--=''x x f ,2583)(-='''x x f ,27)4(1615)(--=x x f，72380529.10)115(=f1000=x ， 1211=x ， 1442=x ， 1693=x 100=y ， 111=y ， 122=y ， 133=y))(())(())(())(())(())(()(1202102210120*********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 ----+----+----= )121144)(100144()121115)(100115(12)144121)(100121()144115)(100115(11)144100)(121100()144115)(121115(10)115(2----⨯+----⨯+----⨯=L=2344)6(1512)23(21)29(1511)44)(21()29)(6(10⨯-⨯⨯+-⨯-⨯⨯+----⨯72276.1006719.190683.988312.1=-+=))()((!3)()()(2102x x x x x x f x L x f ---'''=-ξ ，144100<<ξ )44115()121115()100115()(max 61)115()115(1441002-⨯-⨯-⋅'''≤-≤≤x f L f x 296151083615⨯⨯⨯⨯⨯≤-001631.0101631.02=⨯=- 实际误差 22101045.0)115()115(-⨯=-L f))()(())()(())()(())()(()(312101320130201032103x x x x x x x x x x x x y x x x x x x x x x x x x y x L ------+------= ))()(())()(())()(())()((23130321033212023102x x x x x x x x x x x x y x x x x x x x x x x x x y ------+------+ )169100()144100()121100()169115()144115()121115(10)115(3-⨯-⨯--⨯-⨯-⨯=L )169121()144121()100121()169115()144115()100115(11-⨯-⨯--⨯-⨯-⨯+)169144()121144()100144()169115()121115()100115(12-⨯-⨯--⨯-⨯-⨯+)144169()121169()100169()144115()121115()100115(13-⨯-⨯--⨯-⨯-⨯+)48()23(21)54()29(1511)69()44()21()54()29()6(10-⨯-⨯-⨯-⨯⨯+-⨯-⨯--⨯-⨯-⨯= 254869)29()6(1513)25(2344)54()6(1512⨯⨯-⨯-⨯⨯+-⨯⨯-⨯-⨯⨯+ 723571.10409783.0305138.2145186.11473744.1=+-+= ))()()((!4)()()(3210)4(3x x x x x x x x f x L x f ----=-ξ，169100<<ξ)169115)(144115)(121115)(10115(101615241)115()115(73----⨯⨯⨯≤--L f )54()29()6(151016152417-⨯-⨯-⨯⨯⨯⨯=- 0005505.0105505.03=⨯=-实际误差 321023429.0)115()115(-⨯=-L f 2. 设j x 为互异节点),,1,0(n j =求证： (1)k nj j k j x x l x =∑=)(0),,1,0(n k =;(2)0)()(0=-∑=x l x x j knj j ),,1(n k =。
数值分析(第四版)课后习题及答案
0.30
0.39
0.45
0.53
yj
0.5000
0.5477
0.6245
0.6708
0.7280
试求三次样条插值 S (x) 并满足条件
i) S(0.25) 1.0000, S(0.53) 0.6868; ii) S(0.25) S(0.53) 0.
25. 若 f (x) C2 a,b, S (x) 是三次样条函数,证明
12. 在 1,1 上利用插值极小化求 1 f (x) tg 1x 的三次近似最佳逼近多项式.
13. 设 f (x) ex 在 1,1 上的插值极小化近似最佳逼近多项式为 Ln (x) ,若 f Ln 有界,
证明对任何 n 1,存在常数 n 、 n ,使
改用另一等价公式
ln(x x2 1) ln(x x2 1)
计算,求对数时误差有多大?
x1 1010 x2 1010 ; x1 x2 2.
14. 试用消元法解方程组
假定只用三位数计算,问结果是否可靠?
s 1 ab sin c,
0c
15. 已知三角形面积 2
n
x
k j
j1 f (xj )
0,0k n2; an1 ,k n1.
15. 证明 n 阶均差有下列性质:
i) 若 F (x) cf (x) ,则 F x0, x1,, xn cf x0, x1,, xn ;
ii) 若 F (x) f (x) g(x) ,则 F x0, x1,, xn f x0, x1,, xn g x0, x1,, xn .
5.
设 xk
x0
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。
数值分析答案第四章
令
f (x) = x ，则
0 = −1 + 2 x1 + 3 x2
令 f ( x ) = x 2 ，则
2 2 = 1 + 2 x12 + 3 x2
从而解得
⎧ x1 = −0.2899 ⎧ x1 = 0.6899 或⎨ ⎨ ⎩ x2 = 0.5266 ⎩ x2 = 0.1266
令 f ( x ) = x 3 ，则
∫
1
−1
f ( x)dx = ∫ x3 dx = 0
−1
1
[ f ( −1) + 2 f ( x1 ) + 3 f ( x2 )] / 3 ≠ 0
故
∫
1
−1
f ( x)dx = [ f (− 1) + 2 f ( x1 ) + 3 f ( x2 )] / 3不成立。
h
因此，原求积公式具有 2 次代数精度。 （4）若
7 h T8 = [ f ( a) + 2∑ f ( xk ) + f ( b)] = 0.11140 2 k =1
复化辛普森公式为
7 7 h S8 = [ f ( a) + 4∑ f ( x 1 ) + 2∑ f ( xk ) + f ( b)] = 0.11157 k+ 6 k=0 k =1 2 1
令 f ( x ) = x 2 ，则
b 1 3 3 2 f ( x ) dx = ∫a ∫a x dx = 3 (b − a ) b −a 1 3 3 [7 f ( x0 ) + 32 f ( x1 ) + 12 f ( x2 )+ 32 f ( x (b − a ) 3 )+ 7 f ( x 4 )]= 90 3 b
数值分析课程第五版课后习题答案(李庆扬等)
数值分析课程第五版课后习题答案(李庆扬等)数值分析课程第五版课后习题答案(李庆扬等)第一章：数值分析导论1. 解答：数值分析是一门研究如何使用计算机来解决数学问题的学科。
它包括了从数学理论到计算实现的一系列技术。
数值分析的目标是通过近似的方式求解数学问题，其结果可能不是完全精确的，但是能够满足工程或科学应用的要求。
2. 解答：数值分析在实际应用中起着重要的作用。
它可以用于求解复杂的数学方程、计算机模拟及建模、数据的统计分析等等。
数值分析是科学计算和工程计算的基础，对许多领域都有着广泛的应用，如物理学、经济学、生物学等。
3. 解答：数值方法指的是使用数值计算的方式来求解数学问题。
与解析方法相比，数值方法一般更加灵活和高效，可以处理一些复杂的数学问题。
数值方法主要包括了数值逼近、插值、数值积分、数值微分、线性方程组的求解、非线性方程的求根等。
4. 解答：计算误差是指数值计算结果与精确解之间的差异。
在数值计算中，由于计算机的有限精度以及数值计算方法本身的近似性等因素，都会导致计算误差的产生。
计算误差可以分为截断误差和舍入误差两种。
第二章：数值误差分析1. 解答：绝对误差是指实际值与精确值之间的差异。
例如，对于一个计算出的数值近似解x和精确解x_0，其绝对误差为| x - x_0 |。
绝对误差可以衡量数值近似解的精确程度，通常被用作评估数值计算方法的好坏。
2. 解答：相对误差是指绝对误差与精确解之间的比值。
对于一个计算出的数值近似解x和精确解x_0，其相对误差为| (x - x_0) / x_0 |。
相对误差可以衡量数值近似解相对于精确解的精确度，常用于评估数值计算方法的收敛速度。
3. 解答：舍入误差是由于计算机的有限精度而引起的误差。
计算机中使用的浮点数系统只能表示有限的小数位数，因此在进行数值计算过程中，舍入误差不可避免地会产生。
舍入误差会导致计算结果与精确结果之间存在差异。
4. 解答：误差限度是指对于给定的数值计算问题，所能容忍的误差范围。
应用数值分析【研究生课程】课后习题答案04章
应用数值分析【研究生课程】课后习题答案04章第四章习题解答1、 求下列矩阵的满秩分解。
121002123011,04111002514211A A ⎡⎤-⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦-⎣⎦解：因为1A 的秩为2，可求出满秩分解为11110011001001121A B C ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎢⎥⎣⎦又因为2A 的秩为2，可求出满秩分解为22210212301041111A B C ⎡⎤-⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦2、 根据定义求下列矩阵的广义逆A +。
1210012011,24100211A A ⎡⎤⎢⎥-⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⎣⎦解：（1）先求出1A 的一个满秩分解。
因为1A 的秩为1，可求出满秩分解为[]1111122A B C ⎡⎤==⎢⎥⎣⎦于是有[]11111111111()12511()52T T T T B B B B C C C C +-+-==⎡⎤==⎢⎥⎣⎦最后得1111212524A C B +++⎡⎤==⎢⎥⎣⎦（2）先求出2A 的一个满秩分解。
因为2A 的秩为2，可求出满秩分解为22210011001001121A B C ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎢⎥⎣⎦于是有1222212222111114444()5131144441011()052102T TT T B B B B C C C C +-+-⎡⎤-⎢⎥==⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦最后得222111144441311888813118888A C B +++⎡⎤-⎢⎥⎢⎥⎢⎥==--⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎣⎦3、 证明下述广义逆矩阵的性质，设,m nn m A R A R ⨯+⨯∈∈。
（1）()AA ++=；（2）2()AA AA ++=；（3）2()AA A A ++=。
证明：（1）因为由定义可得,,(),()T T A AA A AA A A A A A A AA AA ++++++++====故由广义逆的定义可知()A A ++=。
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第四章 习题1．确定下列求积公式中的待定参数，使其代数精度尽量高，并指明所构造出的求积公式所具有的代数精度： （1）()()()()⎰--++-≈hhh f A f A h f A dx x f 110；（2）()()()()⎰--++-≈hh h f A f A h f A dx x f 221010；（3）()()()()[]3/3211121⎰-++-≈x f x f f dx x f ；（4）()()()[]()()[]h f f ah h f f h dx x f h'0'2/020+++≈⎰解：（1）求积公式中含有三个待定参数，即101A A A ，，-，将()21x x x f ，，=分别代入求积公式，并令其左右相等，得()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+-=++---3112111013202h A A h A A h h A A A 解得h A h A A 3431011===-，。
所求公式至少具有2次代数精度。
又由于()()()()4443333333h h h h dx x h h h h dx x h hhh⎰⎰--+-≠+-≈故()()()()⎰--++-≈hhh f A f A h f A dx x f 110具有三次代数精度。
（2）求积公式中含有三个待定系数：101A A A ，，-，故令公式对()21x x x f ，，=准确成立，得()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+-=++---31121110131604h A A h A A h h A A A ，解得h h h A h A h A A 34316424381011-=-=-===-，故()()()[]()0343822hf h f h f h dx x f hh -+-≈⎰- 因()⎰-=hhdx x f 220而()()[]03833=+-h h h 又[]445562243831652h h h h h dx x hh +=≠=⎰-所以求积公式只具有三次代数精度。
（3）求积公式中韩两个待定常数21x x 、，当令公式对()1=x f 准确成立时，得到()32131211++==⎰-dx 此等式不含有待定量21x x 、，无用，故需令公式对()2x x x f ，=准确成立，即()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++==++-==⎰⎰--112221211213213132321310x x dx x x x xdx 得⎩⎨⎧=+=+132132222121x x x x 解上述方程组得⎩⎨⎧=-=68990.012660.012x x 或⎩⎨⎧-==28990.052660.012x x 故有()()()()[]12660.0368990.0213111-++-≈⎰-f f f dx x f 或()()()()[]52660.0328990.0213111f f f dx x f +-+-≈⎰- 将()3x x f =代入上已确定的求积公式中，[]323111332131x x dx x ++-≠⎰- 故求积公式具有2次代数精度。
（4）求积公式中只含有一个待定系数a ，当()x x f ，1=时，有 ()⎰++=401121hdx ()()⎰-++=421102ah h hxdx 故令()2x x f =时，求积公式精确成立，即()()⎰+⨯++=422420202h ah h h dx x 解得121=a故有()()()[]()()[]h f f h h f f h dx x f h'0'12022+++≈⎰将()3x x f =代入上述已确定的求积公式中，有[][]430120244223403h h h h h h dx x h=-++≈=⎰再另()4x x f =代入求积公式时有[][]3244034012024h h h h h dx x h-++≠=⎰故求积公式具有3次代数精度。
2．分别用梯形公式、Simpson 公式、Cotes 公式计算积分dx e x ⎰1，并估计各种方法的误差（要求小数点后至少要保留5位）。
解：运用梯形公式，[]8591409.121101=+≈⎰e e dx e x 其误差()()()⎪⎭⎫⎝⎛=-∈=≤--=⎰1408591.08591409.102265235.012101121103dx e e e f R x 实际误差为，,1ξξ运用Simpson 公式，7188612.1461121010=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++≈⎰e e e dx e x其误差为()00094385.02880128801=≤-=e ef R ξ 运用Cotes 公式，718282688.1732123277011432141010=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++≈⎰e e e e e dx e x 其误差为()000001404.049452419451266=⨯≤⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=ee f R ξ 3．推到下列三种矩形求积公式;()()()()()()()()()()()()()()22224''22'2'a b f b a f a b dx x f a b f b f a b dx x f a b f a f a b dx x f baba ba -+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-≈---≈-+-≈⎰⎰⎰ηηη 解：将()a x x f =在出Taylor 展开，得()()()()[]x a a x f a f x f ，∈-+=ξξ,'，两边在[]b a ,上积分，得()()()()()()()()()()()()()()()()[]b a a b f a f a b dxa x f a f ab dxa x f a f ab dxa x f dx a f dx x f bababab aba，，∈-+-=-+-=-+-=-+=⎰⎰⎰⎰⎰ηηηξξ2'21'''将()b x x f =在处Taylor 展开，得()()()()b x f b f x f -+=ξ'，两边在[]b a ,上积分，得()()()()()()()()()()()()()()()()[]b a b b f a f a b dxb x f a f a b dxb x f b f a b dxb x f dx a f dx x f bababab aba，，∈-+-=-+-=-+-=-+=⎰⎰⎰⎰⎰ηηηηξ2'21'''将()2ba x f +在处Taylor 展开，得 ()()[]b a b a x f b a x b a f b a f x f ，，∈⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ξξ2''2122'2两边在[]b a ，上积分，得()()()()()()[]b a a b f b a f a b dxb a x f dx b a x b a f b a f a b dx x f b a b a ba，，∈-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎰⎰⎰ηηξ32''24122''2122'2 4．用下列方法计算积分⎰31ydy，并比较结果。
（1）Romberg 方法；（2）三点及五点Gauss 公式；（3）将积分区间分为四等分，用复化两点Gauss 公式。
解：（1）用Romberg 算法()()()[]()()()()()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-=-==⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-+=--=--+-=-∑-l m m l k T T T l a b i a f a b T T b f a f ab T m k m k m m k m i l l l l l ，，，；，，，，，，，， 211044212122212111121100001计算，计算结果如表4.1表4.1故⎰≈31098630.11dy y（2）用三点及五点Gauss-Legendre 求积公式，需先对求积区间[1，3]作如下变换，令()()22121+=-++=t t a b b a y 则当[]31，∈y 时，[]11，-∈t ，且dt dy =， ⎰⎰-+=1131211dt t dy y三点Gauss 公式098039283.100.218888889.07745967.021*******.021*******.02111131=+⨯+⎪⎭⎫⎝⎛-++≈+=⎰⎰-dtt dy y 五点Gauss 公式098609289.1215688889.05384693.021*******.021*******.09061798.021*******.021*******.02111131=⨯+⎪⎭⎫⎝⎛++-⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⨯≈+=⎰⎰-dtt dy y （3）用复化的两点Gauss 求积公式计算，需将[1，3]四等分，则()()()()()()()()098537573.1]35.05.4135.05.4135.05.4135.05.4135.05.3135.05.3135.05.2135.05.21[215.05.5215.05.4215.05.3215.05.221111112/12/12/12/12/12/12/12/11111111135.25.2225.15.1131=⨯++-⨯++⨯++-⨯++⨯++-⨯++⨯++-⨯+≈+++++++=+++=------------⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰t dt t dt t dt t dt dty dt y dt y dt y dy y dy y I ⎰-=111的真值为098612289.1=I5．用三点公式和五点公式求()()211x x f +=在x =1.0，1.1和1.2处的导数值，并估计误差。
()x f 的值由表4.2给出。
解：三点求导公式为()()()()[]()()()()[]()()()()()[]()22210212201022100'''313421''''621''''34321'ξξξf h x f x f x f h x f f h x f x f h x f f h x f x f x f h x f ++-=-+-=+-+-= 上表中取2.11.11210===x x x ，，，分别将有关数值代入上三式，即可得导数的近似值，由于()()()75.02!41!4max'''max '''552.10.12.10.1==+-=≤≤≤≤≤x x f f x x i ξ 故可得误差及导数值如表4.3。