計算方法總複習

2022-03-25 07:18:52 字數 3993 閱讀 3229

第一章緒論

例1. 已知數 x=2.718281828...,取近似值 x*=2.7182,那麼x具有幾位有效數字

點評;考查的有效數字的概念。

解;故有四位有效數字。

例2.近似數關於真值有幾位有效數字

解: 故有三位有效數字。

例3.數值x*的近似值x=0.1215×10-2,若滿足( ),則稱x有4位有效數字

點評;已知有效數字的位數,反過來考查有絕對誤差。

解;有四位有效數字則意味著如果是乙個形如的數

則絕對誤差限一定為,由於題目中的數,故最終的

絕對誤差為

例4.有效數,試確定的相對誤差限。

點評;此題考查相對誤差的傳播。

故有解: =0.0004993

例5.sin1有2位有效數字的近似值0.84的相對誤差限是 .

解法1 :(有效數字與相對誤差限的關係)

解法2;(相對誤差限的概念)

例6.的相對誤差為的相對誤差的----倍。

解:根據誤差傳播公式

則有第二章

例1.設可微,求根的牛頓迭代公式----。

解;化簡得到

根據牛頓迭代格式

則相應的得到

例2: 求方程

在區間[1, 1.5]內的實根。要求準確到小數點後第2位。

思路;用二分法,這裡a = 1, b = 1.5, 且f (a) < 0,f (b) > 0。取區間[a, b]的中點x0 = 1.

25將區間二等分,由於f (x0)< 0,即f (x0)與f (a)同號,故所求的根必在x0的右側,這裡應令a1 = x0 = 1.25,b1 = b = 1.5,而得到新的有根區間(a1, b1)。

對區間(a1, b1)再用中點x1 = 1.375二分,並進行根的隔離,重複步驟2、3;

解:預先估計一下二分的次數:按誤差估計式

解得k = 6,即只要二分6次,即達所求精度。計算結果如下表:

例3:求方程的乙個根

解:因為f (0) = 1>0 f (1) = -7 <0,知方程在[0, 1]中必有一實根,現將原方程改為同解方程

由此得迭代格式

收斂性判斷;當時,,且由於

, 故迭代格式收斂

取初始值x0 = 1,可逐次算得

x1 = 0.4771

x2 = 0.3939

x6 = 0.3758

x7 =0.3758

例4:求方程在[0, 0.5]內的根,精確到10-5。

解:將方程變形

因為,在[0, 0.5]內為增函式,所以

滿足收斂條件,取x0 = 0.25,用公式(2.3)算得

x1 = (0.25) = 0.3385416

x2 = (x1) = 0.3462668

x3 = (x2) =0.3471725

x4 = (x3) =0.3472814

x5 = (x4) =0.3472945

x6 = (x5) =0.3472961

x7 = (x6) =0.3472963

取近似根為x* = 0.347296

例5: 用牛頓迭代法建立求平方根(c >0)的迭代公式,並用以上公式求

解:設,(x >0)則c就是f (x) =0的正根。由為f』 (x) = 2x,所以得迭代公式

或2.6)

由於x >0時,f』 (x) >0,且f (x) > 0,根據定理3知:取任意初值,所確定的迭代序列必收斂於。

取初值x = 0.88,計算結果見表

故可取第三章

例1..用列主元消去法解線性方程組

計算過程保留4位小數.

解. [ab]= (選為主元換行,消元)

選為主元,並換行消元)

係數矩陣為上三角形矩陣,於是回代得解

方程組的解為x(1.000 0,2.000 0,3.000 0)t

例2:用列主元高斯消去法求解方程

由於解方程組取決於它的係數,因此可用這些係數(包括右端項)所構成的「增廣矩陣」作為方程組的一種簡化形式。對這種增廣矩陣施行消元手續:

第一步將4選為主元素,並把主元素所在的行定為主元行,然後將主元行換到第一行得到

消元過程的結果歸結到下列三角形方程組:

回代,得

例3:用直接三角分解法解

解:(1)對於r = 1,利用計算公式

l21 = 2 l 31 = 3

(2)對於r = 2,

5 – 2 2 = 1

2 – 2 3 = -4

(3)r = 3

於是 (4)求解:

ly = b 得到

y1 = 14

y2 = b2 – l21y1 = 18 – 2 14 = -10

y3 = b3 – (l31y1 + l32y2) = 20 – (3 14 + (-5)(-10)) = - 72

從而 y = (14, -10, -72)t

由ux= y 得到

例5:用雅克比迭代法和高斯――賽得爾迭代法解線性方程組

解:所給線性方程組的係數矩陣按行嚴格對角佔優,故雅克比迭代法和高斯――賽得爾迭代法都收斂。

d = diag (9, 8, 9d-1 = diag (1/9, 1/8, 1/9)

雅克比迭代法的迭代公式為:

取x(0) = (0, 0, 0)t,由上述公式得逐次近似值如下:

高斯――賽得爾迭代法:

迭代結果為:

例6.考察用高斯賽德爾迭代法解方程組

收斂性,並取,求近似解,使得(i=1,2,3)

解法同上(1,1,-1)

例7. 設矩陣a=,那麼以a為係數矩陣的線性方程組ax=b的雅可比迭代矩陣為( a )

(ab)

(c) (d)

例8、 高斯--塞爾德迭代法解線性方程組

的迭代格式中求

例9、 若則矩陣a的譜半徑 (a)= ___

第五章第六章

1. 矛盾方程組的最小二乘解為----。

2. 給出擬合三點和的直線方程。

第七章1.插值型求積公式的求積係數之和為_1__

已知,則差商

3. 求積公式有幾次的代數精確度?(1)

4. 插值型求積公式的代數精確度至少是----次。n

5. 已知n=4時牛頓-科茨求積公式的科茨係數那麼=( )

6. 設求積公式,若對的多項式積分公式精確成立,而至少有乙個m+1次多項式不成立。則稱該求積公式具有m次代數精度.

7. 取m=4,即n=8,用復化拋物線求積公式計算積分

計算過程保留4位小數.

解 n=8, h=,f(x)=ln(1+x2)

計算列表

代入拋物線求積公式

第八章例1用尤拉法求初值問題

當h = 0.02時在區間[0, 0.10]上的數值解。

解把代入尤拉法計算公式。就得

具體計算結果如下表:

例2..取h=0.1, 用改進尤拉法預報-校正公式求初值問題

在x=0.1, 0.2處的近似值. 計算過程保留3位小數.

預報-校正公式為

h=0.1,x0=0,y0=1,x1=0.1,於是有

h=0.1,x1=0.1,y1=1.227,x2=0.2,於是有

所求為y(0.1)y1=1.227 y(0.2)y2=1.528

例3 匯出用三階泰勒級數法解方程

的計算公式

解:因故

而其中表示f(x, y)對x的k階偏導數在x = xn點上的值。

例4 用龍格――庫塔法解初值問題

y』 = x2 – y (0≤x≤1) y(0) = 1

解 : 取 h = 0.1, 由下面公式

把初始條件x0 = 0,y0 = 1,代入,得k1 = -1,k2 = -0.9475,k3 = -0.9501,k4 = 0.8950,將這些k值代,得

重複上述步驟可算出y2,y3,…,y10等。

例5.設有求解初值問題的如下格式

如假設問常數為多少時使得該格式為二階格式?

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