一、例6:設, ,則
和答案:;
例7:已知函式的資料如表中第1,2列。計算它的各階差商和的形式,並估計相對於其誤差。
解:依據差商計算公式,結果列表中。
計算公式為:
一階差商
二階差商
由於形式未知,顯然不能通過餘項定理來估計誤差,可採用牛頓插值的餘項形式來估計:
插值點,(假設四階差商變化不大)
從而有誤差估計:
例8:已知函式y=f(x)的觀察資料為
試構造f(x)的拉格朗日多項式pn (x),並計算f(-1)。
解:先構造基函式
所求三次多項式為
p3(x)=
=+-+
p3(-1)=
例9:設,試證
解:由於的線性插值
(直線的點斜式)
於是()例10:在上給出的等距節點函式表,若有二次插值求的近似值,要使誤差不超過,使用函式表的步長應取多少?
解: 設插值節點為
令因(*)
於是由得注:(關於*式計算):
令由,即,得的駐點為,故
例11:若是的次多項式,試證是的次多項式。
證明:由差商定義有:
即上式右端是的次多項式,而當時,上式為
,說明這個次多項式中含有因式。在等式兩端同除以得
則上式右端是的次多項式,所以是的次多項式
五、例1 試確定求積公式的代數精度。
解:當取計算求積公式何時精確成立。
(1) 取,有:左邊=, 右邊=2
(2) 取,有:左邊=, 右邊=0
(3)類似匯出,取,有左邊=右邊
(5) 取,有:左邊=2/5, 右邊=2/9
當k3求積公式精確成立,而x4公式不成立,可見該求積公式具有3次代數精度。
例2:. 證明求積公式具有三次代數精度,其中是正常數。
證明:(1)當時,左邊右邊
(2)當時,左邊右邊
(3)當時,左邊右邊
(4)當時,左邊右邊
(5)當時,左邊,
右邊所以,該求積公式具有三次代數精度
例3、求積公式,已知其餘項表示式為.試確定係數及,使該求積公式具有盡可能高的代數精度,並給出代數精度的次數及求積公式餘項.
解本題雖用到的值,但仍可用代數精度定義確定引數.令,分別代入求積公式.令公式兩端相等,則
當, 當,
當, 解得,
於是有再令,此時,而上式右端為,兩端不等,則求積公式對不精確成立,故它的代數精度為二次.
為求餘項可將代入求積公式
, 當,,,,代入上式得
,即所以餘項.
例4:試用梯形公式、和simpson公式計算定積分
計算結果取5位有效數字)
(1)用梯形公式計算
(2)如果要求精確到10-5,用復化simpson公式,截斷誤差為
n2 只需把[0.5,1]4等分,分點為0.5,0.625,0.75,0.875,1
例5:.已知n=3時,cotes係數,那麼=
解答:由cotes係數的歸一性質,
例6:對於個節點的插值求積公式至少具有__次代數精度。
解答:答案為
例8:試證:
證明:六八、例1 用順序消去法解線性方程組
解:順序消元
於是有同解方程組:
回代得解: x3=-1, x2=1,x1=1。原線性方程組的解為x=(1,1,-1)t。
例2:設為階非奇異矩陣,且有三角分解,其中為單位下三解陣,為上三角陣,求證:的所有順序主子式均不為零。
分析:因為要證的所有順序主子式均不為零,故把按分塊的形式寫出比較好,再由的非奇異性即可推證。
證明:設
將按分塊形式寫出則有:
從而由矩陣的分塊乘法有:
因為非奇異,故:
從而,即非奇異,的所有順序主子式均不為零。
例3:取初始向量x(0)=(0,0,0)t,用雅可比迭代法求解線性方程組
解:建立迭代公式
k=1,2,3,…)
第1次迭代,k=0, x(0)=0,得到x(1)=(1,3,5)t,
第2次迭代,k=1,
得到 x(2)=(5,-3,-3)t
第3次迭代,k=2,
得到x(3)=(1,1,1)t
第4次迭代,k=3,
得到x(4)=(1,1,1)t
例4:用高斯列主元消去法解線性方程組
作第1次消元後的第2,3個方程分別為
解答選a21=2為主元,作行互換,第1個方程變為:2x1+2x2+3x3=3,消元得到
是應填寫的內容。
例5:用高斯-賽德爾迭代法解線性方程組的迭代格式中=
k=0,1,2,…)
解答高斯-賽德爾迭代法就是充分利用已經得到的結果,求x2的值時應該用x1的新值。答案是:,
例6:已知方程組
(1) 證明高斯-塞德爾法收斂;
(2) 寫出高斯-塞德爾法迭代公式;
(3) 取初始值,求出。
解:(1)因為
塞德爾迭代矩陣的普半徑小於1,所以高斯-塞德爾迭代法收斂。
(2)高斯-塞德爾法迭代公式為:
(3)取初值,計算得,,
例7:用緊湊格式對矩陣進行的三角分解,則=( )
a.1 b. c.–1d.–2
答案:(a)
例8:,證明是的範數
證明:(正定性),,至少,從而,則
(奇次性),,則
(三角不等式),,綜上得證。
例9答案:,
例10:,則a的譜半徑
答案:例11:討論用jacobi法和gauss-seidel方法解方程組時的收斂性,如果收斂,並比較哪種方法收斂較快,其中
解:易求出,因此兩種方法均收斂,因,故g-s法收斂速度較快。
例12:設,試求jacobi及g-s法迭代矩陣
解:解法1(矩陣運算):,
解法2(定義匯出):
jacobi迭代法為:,即
從而,其中
g-s迭代法為:,注意此迭代式中右端仍含有上標為的分量,不滿足形式(右端不含任何),故不直接整理出,可將第1式代入第2、3式從而消去2、3式中的,再將第2式代入式3,消去式3中的,得等價迭代公式:,即,其中
計算方法例題分析
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