計算方法習題集

2021-07-07 10:53:51 字數 3991 閱讀 3487

(一)考核知識點

誤差的**型別;絕對誤差和絕對誤差限,相對誤差和相對誤差限,有效數字;絕對誤差的傳播。

(二)複習要求

1.知道產生誤差的主要**。

2.了解絕對誤差和絕對誤差限、相對誤差和相對誤差限和有效數字等概念以及它們之間的關係。

3.知道四則運算中的誤差傳播公式。

一、重點內容

乙個物理量的真實值和我們算出的值往往不相等,其差稱為誤差。引起誤差的原因是多方面的,主要有:模型誤差,觀測誤差,截斷誤差,捨入誤差。在計算方法中主要討論的是截斷誤差和捨入誤差。

誤差:設精確值x*的近似值為x,差e=x-x*稱為近似值x的誤差(絕對誤差)。

誤差限近似值x的誤差限是誤差e的乙個上界,即|e|=|x-x*|≤ε。

相對誤差er是誤差e與精確值x*的比值,。常用計算。

相對誤差限是相對誤差的最大限度,,常用計算相對誤差限。

有效數字如果近似值x的誤差限ε是它某乙個數字的半個單位,我們就說x準確到該位。從這一位起到前面第乙個非0數字為止的所有數字稱為x的有效數字。

二、難點內容

(1)設精確值x*的近似值x,x=±0.a1a2…an×10m,a1,a2,…,an是0~9之中的自然數,且a1≠0,|x-x*|≤ε=0.5×10m-l,1≤l≤n。

則x有l位有效數字。

(2)設近似值x=±0.a1a2…an×10m有n位有效數字,則其相對誤差限

(3)設近似值x=±0.a1a2…an×10m的相對誤差限不大於則它至少有n位有效數字。

(4)要求精確到10-3,取該數的近似值應保留4位小數。

三、例題

例1設x*==3.1415926…

近似值x=3.14=0.314×101,即m=1,它的誤差是0.

0015926…,有,即n=3,故x=3.14有3為有效數字。x=3.

14準確到小數點後第2位。

近似值x=3.1416,它的誤差是0.0000074…,有,即m=1,n=5,x=3.1416有5位有效數字。

近似值x=3.1415,它的誤差是0.0000926…,有

即m=1,n=4,x=3.1415有4位有效數字。

這就是說某數有s位數,若末位數字是四捨五入得到的,那麼該數有s位有效數字;若末位數字不是四捨五入得到的,那麼該數有s位或s-1位有效數字。

例2指出下列各數具有幾位有效數字,及其絕對誤差限和相對誤差限:

2.00040.0020090009000.00

解因為x1=2.0004=0.20004×101,它的誤差限0.00005=0.5×101―5,即m=1,n=5,故x=2.0004有5位有效數字.相對誤差限

x2=-0.00200,誤差限0.000005,因為m=-2,n=3,x2=-0.00200有3位有效數字。

相對誤差限r=0.00005/0.00200=0.25%。

x3=9000,絕對誤差限為0.5,因為m=4,n=4,x3=9000有4位有效數字,相對誤差限

r=0.5/9000=0.0056%

x4=9000.00,絕對誤差限0.005,因為m=4,n=6,x4=9000.00有6位有效數字,相對誤差限為r=0.005/9000.00=0.000056%

由x3與x4可以看到小數點之後的0,不是可有可無的,它是有實際意義的。

例3ln2=0.69314718…,精確到10-3的近似值是多少?

解精確到10-3=0.001,即絕對誤差限是=0.05,故至少要保留小數點後三位才可以。ln20.693。

例4如何去設計乙個好的演算法?

答:乙個好的演算法必須滿足:1、計算步驟簡化以減少運算次數及誤差積累;2、避免兩個相同號數數值相近的數相減;3、計算若干同號數時的和,按絕對值增大的順序相加;4、避免乘除法中數值絕對值過大或過小;5、防止大數吃掉小數;6、選用數值穩定性好的演算法。

四、練習題

1.設某數x*,它的保留三位有效數字的近似值的絕對誤差是

2.設某數x*,它的精確到10-4的近似值應取小數點後____位。

3.()的3位有效數字是0.236×102。

(a)235.54×10-1(b)235.418(c)2354.82×10-2(d)0.0023549×103

4.設a*=2.718181828…,取a=2.718,則有(),稱a有四位有效數字。

(a) (b) (c) (d)

5.設某數x*,對其進行四捨五入的近似值是(),則它有3位有效數字,絕對誤差限是。

(a)0.315 (b)0.03150 (c)0.0315 (d)0.00315

6.以下近似值中,保留四位有效數字,相對誤差限為。

(a)0.01234 (b)–12.34 (c)–2.20 (d)0.2200

五、練習題答案

該數有效數字第四位的一半。2.四 3.(a) 4.(b) 5.(c) 6.(d)

(一) 考核知識點

二分法;迭代法――牛頓法;弦截法。

(二)複習要求

1.知道有根區間概念,方程f(x)=0在區間(a,b)有根的充分條件。

2.掌握方程求根的二分法;二分法及二分次數公式,迭代法及其收斂性。

3.熟練掌握牛頓法,掌握初始值的選擇條件。

4.掌握弦截法。

一、重點內容

1.二分法:設方程f(x)=0在區間[a,b]內有根,用二分有根區間的方法,得到有根區間序列:x*≈xn=(a0=a,b0=b),n=0,1,2,…

有誤差估計式:x*-xn≤,n=0,1,2,…,二分區間次數:

2.牛頓法:用切線與x軸的交點,逼近曲線f(x)與x軸的交點。迭代公式為

(n=1,2,…),選初始值x0滿足f(x0)f(x0)>0,迭代解數列一定收斂。

3.弦截法:用兩點連線與x軸交點逼近曲線f(x)與x軸的交點。迭代公式為

(n=1,2,…)

二、難點內容:

(1)、迭代法概念:若方程f(x)=0表成x=(x),於是有迭代格式:xn=(xn-1)(n=1,2,…),,x*≈xn,存在0<<1,|(x)|,在區間[a,b]內任一點為初始值進行迭代,迭代數列收斂。

(2)定理一:設在區間【a,b】上具有一階連續的導數,且滿足如下兩個條件:①當時,;②存在正常數l<1,使得對任意有。則

1 方程f(x)=0在區間【a,b】上有唯一根;

2 對任意,迭代格式x=(x)收斂,且;

(3)定理二:設方程f(x)=0在區間【a,b】內有根x*,且當時,,則對任意初始值,且,迭代格式x=(x)發散。

(4)定理三(區域性收斂):設方程x=(x)有根x*,且在x*的某個鄰域內(x)存在一階連續的導數,則①當時,迭代公式區域性收斂;②當時,迭代公式發散。

(5)迭代序列收斂階的概念

若存在0<<1,|(x)|,在區間[a,b]內任一點為初始值進行迭代,迭代數列收斂。設迭代序列收斂於,如果存在實數與正常數c,使得,則稱序列是階收斂於。特別地,當時,稱序列為線性(一次)收斂;為線性收斂時,必須要求。

當時,稱序列為平方(二次)收斂;當時,稱序列為超線性收斂;收斂階越大,則序列與的誤差縮減越快,也就是序列收斂越快。

(6)定理四:若(x)在x*附近的某個鄰域內有階連續導數,且,且對乙個任意靠近x*的初始值,迭代公式是p階收斂的。

三、例題

例1證明方程1-x-sinx=0在區間[0,1]內有乙個根,使用二分法求誤差不超過0.5×10-4的根要迭代多少次?

證明令f(x)=1-x-sinx, ∵f(0)=1>0,f(1)=-sin1<0 ∴f(x)=1-x-sinx=0在[0,1]有根。

又f(x)=-1-cosx<0(x[0.1]),故f(x)=0在區間[0,1]內有唯一實根。

給定誤差限=0.5×10-4,有

,只要取n=14。

例2用迭代法求方程x5-4x-2=0的最小正根,計算過程保留4位小數。

[分析]容易判斷[1,2]是方程的有根區間。

若建立迭代格式,此時迭代發散。

建立迭代格式,此時迭代收斂。

解建立迭代格式,,

,,,,,。取1.5185。

例3試建立計算的牛頓迭代格式,並求的近似值,要求迭代誤差不超過10-6。

計算方法習題集及答案

習題一1.什麼叫數值方法?數值方法的基本思想及其優劣的評價標準如何?數值方法是利用計算機求解數學問題近似解的方法 2.試證明及 證明 1 令即又 即 設,不妨設,令即對任意非零,有 下面證明存在向量,使得,設,取向量。其中。顯然且任意分量為,故有即證。3.古代數學家祖沖之曾以作為圓周率的近似值,問此...

計算方法習題集及答案

1.什麼叫數值方法?數值方法的基本思想及其優劣的評價標準如何?2.試匯出計算積分的遞推計算公式,用此遞推公式計算積分的近似值並分析計算誤差,計算取三位有效數字。解 此演算法是數值穩定的。3.試證明及 證明 1 令即又 即 設,不妨設,令即對任意非零,有 下面證明存在向量,使得,設,取向量。其中。顯然...

《煤礦開採方法》習題集

第一章井田開拓基本知識 一 概念 1 煤田 在地質歷史發展的過程中,含碳物質沉積形成的基本連續的大面積含煤地帶。2 礦區 開發煤田形成的社會區域。3 礦區開發 礦區根據煤炭儲量 賦存條件 煤炭市場需求量和投資環境等情況,確定礦區規模,劃分井田,規劃井田開採方式,規劃礦井或露天礦建設順序,確定礦區附屬...