數值分析習題解答

2022-12-29 14:57:03 字數 2549 閱讀 8292

第一章1.掌握四類誤差**:模型誤差,觀測誤差,截斷誤差,捨入誤差

2.減少誤差的幾個方法:

避免兩個相近數相減;避免大數」吃」小數的現象;避免除數的絕對值遠小於被除數的絕對值; 要簡化計算,減少運算次數,提高效率;選用數值穩定性好的演算法

3.計算,取,利用下列等式計算,哪乙個得到的結果最好?

, , ,。

解:設,

若,,則。

若通過計算y值,則

若通過計算y值,則

若通過計算y值,則

通過計算後得到的結果最好。

第2章:解線性方程組的直接方法

12.設,計算a的1範數,2範數,f-範數,範數解:

0.842 615 0

0.685 340 7

故0.827 853 1

18. 設,計算a的條件數和

解 故 =

39 205.9745

19.證明:如果a是正交矩陣,則.

證明因a正交,故,從而有

故1第3章:解線性方程組的直接方法

1.設線性方程組

(1)考察用雅可比迭代法,高斯-塞德爾迭代法解此方程組的收斂性;

(2) 用雅可比迭代法,及高斯-塞德爾迭代法解此方程組,寫出迭代格式,要求當時迭代停止.

解:(1)因為係數矩陣按行對角佔優,故雅可比迭代法,高斯-塞德爾迭代法均收斂.

(2) 雅可比迭代法的迭代格式是:

2.掌握三種最基本的迭代方法: 雅可比迭代法,高斯-塞德爾迭代法和鬆弛迭代法,三種迭代法收斂的收斂的充要條件是:迭代矩陣的譜半徑小於1.鬆弛法收斂的必要條件是鬆弛因子

3. 掌握課本第76頁幾個常用的收斂條件。

第四章:矩陣特徵值與特徵向量的計算。(不考試這章內容)

第五章插值法

1.當時,,求的二次插值多項式。

解:則二次拉格朗日插值多項式為

2.設為互異節點,求證:

(1)證明(1) 令

若插值節點為,則函式的次插值多項式為。

插值餘項為

又5設且求證:

解:令,以此為插值節點,則線性插值多項式為

=插值餘項為

9.證明

證明得證13.證明階均差有下列性質:

(1)若,則

(2)若,則

證明:(1)

得證。得證。

14.求及。

解: 若

則第六章:函式逼近 (內容待定)

第七章數值微分與數值積分

1.確定下列求積公式中的特定引數,使其代數精度盡量高,並指明所構造出的求積公式所具有的代數精度:

解:求解求積公式的代數精度時,應根據代數精度的定義,即求積公式對於次數不超過m的多項式均能準確地成立,但對於m+1次多項式就不準確成立,進行驗證性求解。

(1)若

令,則令,則

令,則從而解得

令,則故成立。

令,則故此時,

故具有3次代數精度。

(2)若

令,則令,則

令,則從而解得

令,則故成立。

令,則故此時,

因此,具有3次代數精度。

(3)若

令,則令,則

令,則從而解得

或令,則

故不成立。

因此,原求積公式具有2次代數精度。

(4)若

令,則令,則

令,則故有

令,則令,則

故此時,

因此,具有3次代數精度。

2.分別用梯形公式和辛普森公式計算下列積分:

解: 復化梯形公式為

復化辛普森公式為

復化梯形公式為

復化辛普森公式為

復化梯形公式為

復化辛普森公式為

復化梯形公式為

復化辛普森公式為

6。若用復化梯形公式計算積分,問區間應人多少等分才能使截斷誤差不超過?若改用復化辛普森公式,要達到同樣精度區間應分多少等分?

解:採用復化梯形公式時,餘項為

又, 故

. 若,則

當對區間進行等分時,故有

因此,將區間213等分時可以滿足誤差要求.

採用復化辛普森公式時,餘項為

又 若,則

當對區間進行等分時.

故有因此,將區間8等分時可以滿足誤差要求。

7. 試確定下列求積公式

中的待定引數a,b和c, 使其代數精確度盡量高,並指出公式具有幾次代數精確度,它是否是gauss型求積公式

解:記因為,

要使求積公式具有盡可能高的代數精確度,a,b,c必須滿足方程組

.求解得所以當時,求積公式的代數精確度最高.又因為

故此求積公式具有5次代數精確度,它是gauss型求積公式

8.求解下列超定方程組的最小二乘解

。 9. 用雅可比迭代與高斯-賽德爾迭代解線形方程組ax=b,證明若取,則兩種方法均收斂,試比較哪種方法收斂快?

10。直接驗證柯特斯教材公式(2。4)具有5交代數精度。

證明:柯特斯公式為

令,則令,則

令,則令,則

令,則令,則

令,則因此,該柯特斯公式具有5次代數精度。

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