計算方法例題

2022-11-30 01:03:04 字數 3082 閱讀 3309

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

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