2
1
21<<-
a 时,雅可比迭代是收敛的。
第五章:插值法 1、拉格朗日插值 2、差商与牛顿插值 3、差分与等距节点插值 4、埃尔米特插值
习题:146页2,3,5,6,8,12,13,14 第五章答案:
2.解:001122100,10;121,11;144,12;x y x y x y ======
x x f =
)(;
2012
(1)(2)(0)(2)(0)(1)
()(01)(02)(10)(12)(20)(21)
x x x x x x x x x x x x L x y y y x x x x x x x x x x x x ------=
++------
=
)115(2L 12
*)
121144)(100144()
121115)(100115(11*)144121)(100121()144115)(100115(10*)144100)(121100()144115)(121115(----+----+----
7227.10≈
(1)(1)25()3
()()()(115100)(115121)(115144)
(1)!(1)!3!100
n n M f R x x x n n ζωω++=≤=---++210*163.0-≈
3.证明: (1)记k k x x =Φ)
(;
根据差值余项 10
()
()()()()()(1)!n n
n
n k k
i i
i
i i R x x x l x x x n φζφ+===Φ-=-+∑∏
由于k k x x =Φ)
(最高次项为K 次,
故其(n+1)阶导数为0, 从而有()0n R x =; 从而得证。
(2)对k=0,1,…n,由二项式定理 ,)()(0
j j
k i
j
K
k
j k
i x x C x x -=--=∑
于是,由(1)有
)()()()(00
x l x x C x l x x i j
j k i j K k j n
i i k
i n
i
???
?????-=
--===∑∑
∑ =????????--==∑∑)()(00x l x x C i j k i n i j
j K k j =)(0
j j
k k j j k x x C --=∑=0
从而得证。
(3)当)(x p 是最高次项系数为1的(n+1)次多项式时,其余项
(1)0
()
()()()()()(1)!n n
n i i i p R x p x p x l x x n ζω+==-=
+∑ 其中)()
1(ζ+n p
=(n+1)!
故而 0
()()()n
n i
i R x x x x ω===
-∏
5、设等距节点m i ih x i ≤≤=0,
x x f cos )(= ,周期为2π,给出一个周期内的数据即可,
M
h x i π
π220=
?≤≤∴ 线性插值余项521011102
1
81))((2)(")()()(-?≤≤--=
-=h x x x x f x L x f x R ξ 310102-?≤?h 。
6、
i x )(i x f ],[1+i i x x f ],,[21++i i i x x x f ],,,[321+++i i i i x x x x f ]
,,,,[4321++++i i i i i x x x x x f
1 4
2 1 -
3
4 0 -1/2 5/6 6 1 1/2 1/4 -7/60 7
1
-1/6
-1/12
1/180
)6)(4)(2)(1(180
1
)4)(2)(1(607)2)(1(65)1(34)(4----+------+--=x x x x x x x x x x x N
余项为)7)(6)(4)(2)(1(!
5)
()()()()5(44-----=-=x x x x x f x N x f x R ξ,
})7,max {},1,(min{x x ∈ξ。
8.()()0
1
212,216221f f f -??=
=??-,()()12
422,242
f f f -??==??-8268 12010
1
2
2,2222,2,2270241
f f f ????--??????==??- 由差商与导数关系公式:[]()()
()
1
01,,,,1!n n f f x x x x n ξ+=+
因为()
()()()787!,0f
x f x ==
所以(
)
()70
1
7
7!2,2,,217!7!f f ξ??=
==??
(
)
()80180
2,2,,208!
7!
f f ξ??=
=
=?? 12.
i x
()F x
y ?
2y ?
3y ?
4y ?
5y ?
0.0 1.00 0.1 1.32 0.32 0.2 1.68 0.36 0.04 0.3 2.08 0.40 0.04 0 0.4 2.52 0.44 0.04 0 0 0.5 3.00
0.48
0.04
)1.0+5.0(=)+(=)(4544t N th X N X N =2)1+(04.0+48.0+3t t t
=2
02.0+5.0+3t t 由x=0.45得t=5.0-
755.2=)45.0(4N
13.解法一:e dx cx bx ax X P ++++=)(2
3
4
0=?0=)0(e P 0=?0=)0(/d P
1=++=)1(c b a P 1=2+3+4=)1(/c b a P
1=4+8+16=)2(c b a P 得a=
41 b=-23 c=4
9
2
344
9+41=
)(x x x x P 23- 解法二:由P(0)=P ’(0)=0,P(1)=P ’(1)=1,可得到两点三次厄米特插值多项式 2
2
3)2()(x x x H -=
而
P(x)
是
不
高
于
4
次
的
多
项
式
,
故
可
设
2222223)1()2()1()()(-+-=-+=x Ax x x x Ax x H x P
由P(2)=1,解得A=1/4.
故
2
22
222223)3(4
1
)1(4/1)2()1()()(-=-+-=-+=x x x x x x x Ax x H x P
解法三:由差商表知,x x x N 2
3
21)(22+-
=. 设 )2)(1()(2
3
21)(2--+++-
=x x x b ax x x x P 根据已知条件,可求得 13
,44
a b =
=- 从而21313
()()(1)(2)2244
P x x x x x x x =-++---
14.解:(1)解法一:
由插值条件得线性插值 x x N =)(1.
设 )1()()(3-++=x x b ax x x P ,
由已知条件,解得a=4,b=4. 因此 x x x P 34)(3
3-=
解法二:
由题意,所求的)x (3P 为三次厄米特插值多项式, 由题中所给已知条件,可求得
2
0)1)(12()(-+=x x x α
21)
23()(x x x -=α x x x 20)1()(-=β
21)
1()(x x x -=β x x m x m x y x y x x P 34)()()()
()(3110011003-=+++=ββαα (2)插值余项 22)4(3)1(!
4)
()()()(-=-=x x f x P x f x R ξ,其中)1,0(∈ξ,
且依赖于x 。
第六章:函数逼近
1、最佳一致逼近、切比雪夫多项式及其应用
2、最佳平方逼近、勒让德多项式及其应用
3、离散数据的最小二乘法 第六章习题与参考答案
1、(1)
0)1(2)('
<-=x x f ,x 在[0,1]单调递减
5
5])([||||31|)1(31|)(|||||1
|})1(||,)0(max{||)1(|||||21
102
21
031
121
00max =
==-==
==-=??≤≤dx x f f x dx x f f f f x f x
(2)
6
3]|)21(31[])([||||2
1
|21|2|)(|||||21
|})1(||,)21(||,)0(max{||21|max ||||2
1
10
32110222/10101100=-===-===
=-=???≤≤x dx x f f dx x dx x f f f f f x f x
3、
x e x f =)('
'在[0,1]上不变号,它的最佳一致逼近多项式是,
)2
1
()1()](1[2101)0()1(202)()0()(222221x x x e x f x f f x x f f x P -+-++=--++-+=
2x 满足方程12-=e e x ,解得1)(),1ln(22-=-=e x f e x
所以)]1ln()1([2/1)1()(1---+-=e e e x e x P
5、
求
13)(24-+=x x x f 在区间[0,1]上的三次最佳一致逼近多项式
解:做变换
)11(21
21≤≤-+=
t t x ,得
)()9222410(16
11)21(3)21(
)(23434t g t t t t t t x f =-+++=-+++=
16g(t)是首项系数为1的四次多项式,记它的三次最佳一致逼近多项式为P3(t),则
∞
∞--=-||0)]()(16[||||)()(16||33t P t g t P t g 达到最小
利用切比雪夫多项式的性质可知
)
188(81)()()(1624
4~
3+-==-t t t T t P t g
873
222510)()(16)(2
3
4~
3-
++=-=t t t t T t g t P
g(t)的最佳一致逼近多项式为)
(161
3t P ,所以f(x)的最佳一致逼近多项式为
数值分析复习题及答案65177
数值分析复习题 一、选择题 1. 3.142和3.141分别作为π的近似数具有( )和( )位有效数字. A .4和3 B .3和2 C .3和4 D .4和4 2. 已知求积公式()()2 11211()(2)636f x dx f Af f ≈++?,则A =( ) A . 16 B .13 C .12 D .2 3 3. 通过点()()0011,,,x y x y 的拉格朗日插值基函数()()01,l x l x 满足( ) A .() 00l x =0,()110l x = B . ()00l x =0,()111l x = C .()00l x =1,()111l x = D . ()00l x =1,()111l x = 4. 设求方程()0f x =的根的牛顿法收敛,则它具有( )敛速。 A .超线性 B .平方 C .线性 D .三次 5. 用列主元消元法解线性方程组1231231220223332x x x x x x x x ++=??++=??--=? 作第一次消元后得到的第3个方程( ). A .232x x -+= B .232 1.5 3.5x x -+= C .2323x x -+= D .230.5 1.5x x -=- 二、填空 1. 设 2.3149541...x *=,取5位有效数字,则所得的近似值x= . 2.设一阶差商 ()()()21122114,321f x f x f x x x x --= ==---, ()()()322332615,422f x f x f x x x x --===--
则二阶差商 ()123,,______f x x x = 3. 设(2,3,1)T X =--, 则2||||X = ,=∞||||X 。 4.求方程 2 1.250x x --= 的近似根,用迭代公式 1.25x x =+,取初始值 01x =, 那么 1______x =。 5.解初始值问题 00'(,)()y f x y y x y =??=?近似解的梯形公式是 1______k y +≈。 6、 1151A ??= ?-??,则A 的谱半径 = 。 7、设 2()35, , 0,1,2,... , k f x x x kh k =+== ,则[]12,,n n n f x x x ++= 和[]123,,,n n n n f x x x x +++= 。 8、若线性代数方程组AX=b 的系数矩阵A 为严格对角占优阵,则雅可比迭代和高斯-塞德尔迭代都 。 9、解常微分方程初值问题的欧拉(Euler )方法的局部截断误差为 。 10、为了使计算 23123101(1)(1)y x x x =+ +----的乘除法运算次数尽量的少,应将表达式改写 成 。 11. 设T X )4,3,2(-=, 则=1||||X ,2||||X = . 12. 一阶均差()01,f x x = 13. 已知3n =时,科茨系数()()()33301213,88C C C ===,那么 ()33C = 14. 因为方程()420x f x x =-+=在区间[]1,2上满足 ,所以()0f x =在区间内有根。 15. 取步长0.1h =,用欧拉法解初值问题()211y y y x y ?'=+???=?的计算公式 . 16.设 * 2.40315x =是真值 2.40194x =的近似值,则*x 有 位有效数字。
数值分析试题及答案汇总
数值分析试题 一、 填空题(2 0×2′) 1. ?? ????-=? ?????-=32,1223X A 设x =是精确值x *=的近似值,则x 有 2 位 有效数字。 2. 若f (x )=x 7-x 3+1,则f [20,21,22,23,24,25,26,27]= 1 , f [20,21,22,23,24,25,26,27,28]= 0 。 3. 设,‖A ‖∞=___5 ____,‖X ‖∞=__ 3_____, ‖AX ‖∞≤_15_ __。 4. 非线性方程f (x )=0的迭代函数x =?(x )在有解区间满足 |?’(x )| <1 ,则使用该迭代 函数的迭代解法一定是局部收敛的。 5. 区间[a ,b ]上的三次样条插值函数S (x )在[a ,b ]上具有直到 2 阶的连续导数。 6. 当插值节点为等距分布时,若所求节点靠近首节点,应该选用等距节点下牛顿差商 公式的 前插公式 ,若所求节点靠近尾节点,应该选用等距节点下牛顿差商公式的 后插公式 ;如果要估计结果的舍入误差,应该选用插值公式中的 拉格朗日插值公式 。 7. 拉格朗日插值公式中f (x i )的系数a i (x )的特点是:=∑=n i i x a 0)( 1 ;所以当 系数a i (x )满足 a i (x )>1 ,计算时不会放大f (x i )的误差。 8. 要使 20的近似值的相对误差小于%,至少要取 4 位有效数字。 9. 对任意初始向量X (0)及任意向量g ,线性方程组的迭代公式x (k +1)=Bx (k )+g (k =0,1,…)收 敛于方程组的精确解x *的充分必要条件是 ?(B)<1 。 10. 由下列数据所确定的插值多项式的次数最高是 5 。 11. 牛顿下山法的下山条件为 |f(xn+1)|<|f(xn)| 。 12. 线性方程组的松弛迭代法是通过逐渐减少残差r i (i =0,1,…,n )来实现的,其中的残差 r i = (b i -a i1x 1-a i2x 2-…-a in x n )/a ii ,(i =0,1,…,n )。 13. 在非线性方程f (x )=0使用各种切线法迭代求解时,若在迭代区间存在唯一解,且f (x )
数值分析习题集及答案
(适合课程《数值方法A 》和《数值方法B 》) 第一章 绪 论 1. 设x >0,x 的相对误差为δ,求ln x 的误差. 2. 设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差. 3. 下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差限不超过最后一位的半个单位,试指出它们是几位 有效数字: ***** 123451.1021,0.031,385.6,56.430,7 1.0.x x x x x =====? 4. 利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限: * * * * * * * * 12412324(),(),()/,i x x x ii x x x iii x x ++其中* * * * 1234,,,x x x x 均为第3题所给的数. 5. 计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R 时允许的相对误差限是多少? 6. 设028,Y =按递推公式 11783 100 n n Y Y -=- ( n=1,2,…) 计算到100Y .若取783≈27.982(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=的两个根,使它至少具有四位有效数字(783≈27.982). 8. 当N 充分大时,怎样求 2 11N dx x +∞+?? 9. 正方形的边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝2 ? 10. 设2 12S gt = 假定g 是准确的,而对t 的测量有±0.1秒的误差,证明当t 增加时S 的绝对误差增加, 而相对误差却减小. 11. 序列{}n y 满足递推关系1101 n n y y -=-(n=1,2,…),若02 1.41y =≈(三位有效数字),计算到10 y 时误差有多大?这个计算过程稳定吗? 12. 计算6 (21)f =-,取 2 1.4≈,利用下列等式计算,哪一个得到的结果最好? 3 6 3 11,(322), ,9970 2. (21) (322) --++ 13. 2 ()ln(1)f x x x =- -,求f (30)的值.若开平方用六位函数表,问求对数时误差有多大?若改用另一等 价公式 2 2 ln(1)ln(1)x x x x - -=-+ + 计算,求对数时误差有多大? 14. 试用消元法解方程组{ 10 10 12121010; 2. x x x x +=+=假定只用三位数计算,问结果是否可靠? 15. 已知三角形面积 1sin , 2 s ab c = 其中c 为弧度, 02c π << ,且测量a ,b ,c 的误差分别为,,.a b c ???证 明面积的误差s ?满足 . s a b c s a b c ????≤ ++ 第二章 插值法 1. 根据( 2.2)定义的范德蒙行列式,令
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2.设一阶差商 ()()()211221 14 ,3 21f x f x f x x x x --= = =---, ()()()322332615,422f x f x f x x x x --===-- 则二阶差商 ()123,,______ f x x x = 3. 设(2,3,1)T X =--, 则2||||X = ,=∞||||X 。 4.求方程2 1.250x x --= 的近似根,用迭代公式 1.25x x =+,取初始值 01x =, 那么 1______x =。 5.解初始值问题 00'(,)()y f x y y x y =?? =?近似解的梯形公式是 1______k y +≈。 6、 1151A ?? = ? -??,则A 的谱半径 = 。 7、设 2()35, , 0,1,2,... , k f x x x kh k =+==,则 []12,,n n n f x x x ++= 和 []123,,,n n n n f x x x x +++= 。 8、若线性代数方程组AX=b 的系数矩阵A 为严格对角占优阵,则雅可比迭代和高斯-塞德尔迭代都 。 9、解常微分方程初值问题的欧拉(Euler )方法的局部截断误差为 。 10、为了使计算 23123 101(1)(1)y x x x =+ +- ---的乘除法运算次数尽量的少,应将表达式改写成 。 11. 设T X )4,3,2(-=, 则=1||||X ,2||||X = . 12. 一阶均差 ()01,f x x = ? 13. 已知3n =时,科茨系数 ()()() 33301213,88C C C ===,那么() 33C =
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数值分析模拟试题 一、填空题(每小题3分,共30分) 1、已知近似值* 2.4560x =是由真值x 经四舍五入得到,则相对误差限为 。 2 、为减少舍入误差的影响,应将10改写成 。 3、设(1,1,2,3)T x =-,则12_______,_______,_______x x x ∞===。 4、设1123A -??=????,则1________,________F A A ==,A 的谱半径()A ρ=。 5、用Gauss-Seidel 迭代法解方程组1212423 x ax ax x +=??+=-?,其中a 为实数,则该方法收敛的充要 条件是a 满足 。 6、迭代法12213k k k x x x +=+收敛于*x =,此迭代格式是 阶收敛的。 7、设01(),(),,()n l x l x l x 是以01,, ,n x x x 为节点的Lagrange 插值基函数,则0()n i i l x ==∑。 8、设3()321f x x x =++,则差商[0,1,2,3]_____,[0,1,2,3,4]_____f f ==。 9、数值积分的辛普森公式为()b a f x dx ≈?。 10、数值积分公式0()()n b k k a k f x dx A f x =≈∑?中,0n k k A ==∑。 二、设函数2()(3)x x a x ?=+-,由迭代公式1()k k x x ?+=产生的序列为{}k x ,试讨论 ⑴当a 为何值时,序列{}k x 收敛; ⑵当a 取何值时,收敛速度最快,并指出迭代法收敛的阶。(12分) 三、设4()[0,2]f x C ∈,且(0)2,(1)1,(2)0,'(1)0f f f f ==-==,试求函数()f x 的三次 插值多项式()P x ,并求余项表达式。(14分) 四、用矩阵的直接三角分解法(即LU 分解)解方程组Ax b =,其中
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例1、 已知函数表 x -1 1 2 ()f x -3 0 4 求()f x 的Lagrange 二次插值多项式和Newton 二次插值多项式。 解: (1)k x -1 1 2 k y -3 0 4 插值基函数分别为 ()()()()()()()()()() 1200102121()1211126 x x x x x x l x x x x x x x ----= ==-------- ()()()()()()()() ()()021******* ()1211122x x x x x x l x x x x x x x --+-= ==-+---+- ()()()()()()()()()()0122021111 ()1121213 x x x x x x l x x x x x x x --+-= ==-+--+- 故所求二次拉格朗日插值多项式为 () ()()()()()()()()()()2 20 2()11131201241162314 121123537623k k k L x y l x x x x x x x x x x x x x ==?? =-? --+?-+-+?+-????=---++-=+-∑ (2)一阶均差、二阶均差分别为
[]()()[]()()[][][]010********* 011201202303 ,11204 ,412 3 4,,5 2,,126 f x f x f x x x x f x f x f x x x x f x x f x x f x x x x x ---===-----= = =----=== --- k x ()k f x 一阶 二阶 -1 -3 1 0 3/ 2 2 4 4 5/6 故所求Newton 二次插值多项式为 ()()[]()[]()() ()()()20010012012,,,35 311126537623P x f x f x x x x f x x x x x x x x x x x x =+-+--=-+ +++-=+- 例2、 设2 ()32f x x x =++,[0,1]x ∈,试求()f x 在[0, 1]上关于()1x ρ=,{} span 1,x Φ=的最佳平方逼近多项式。 解: 若{}span 1,x Φ=,则0()1x ?=,1()x x ?=,且()1x ρ=,这样,有
数值分析复习题要答案
第一章 1、ln2=0.69314718…,精确到 10-3 的近似值是多少? 解 精确到 10-3=0.001,即绝对误差限是 e =0.05%,故至少要保留小数点后三位才可以。 ln2≈0.693。 2、设115.80,1025.621≈≈x x 均具有5位有效数字,试估计由这些数据计算21x x , 21x x +的绝对误差限 解:记126.1025, 80.115x x == 则有11232411 10, | 102|||2 x x x x --≤?-≤?- 所以 121212121212211122||||||||||||x x x x x x x x x x x x x x x x x x -=-+-+≤-- 3411 80.11610 6.10102522 0.007057-==??+≤?? 1212112243|()|||11 |10100.0005522 |x x x x x x x x --≤≤?+?=+-+-+- 3、一个园柱体的工件,直径d 为10.250.25mm,高h 为40.00 1.00mm,则它的体 积V 的近似值、误差和相对误差为多少。 解: ()() 22222222 4 314210254000000330064 221025400002510251002436444 3300624362436 0073873833006 , .....; ()()()......, ..().()..% .r d h V d h V mm d h V dh d d h V mm V V V πππππεεεεε= ≈=??===+=???+?==±====第二章: 1、分别利用下面四个点的Lagrange 插值多项式和Newton 插值多项式N 3(x ), 计算L 3(0.5)及N 3(-0.5) x -2 -1 0 1 f (x ) -1 1 2
数值分析习题集及答案Word版
数值分析习题集 (适合课程《数值方法A 》和《数值方法B 》) 长沙理工大学 第一章 绪 论 1. 设x >0,x 的相对误差为δ,求ln x 的误差. 2. 设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差. 3. 下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差限不超过最后一位的半个单位,试指 出它们是几位有效数字: *****123451.1021,0.031,385.6,56.430,7 1.0.x x x x x =====? 4. 利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限: ********12412324(),(),()/,i x x x ii x x x iii x x ++其中**** 1234 ,,,x x x x 均为第3题所给的数. 5. 计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R 时允许的相对误差限是多少? 6. 设028,Y =按递推公式 1n n Y Y -=…) 计算到100Y .27.982(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=的两个根,使它至少具有四位有效数字27.982). 8. 当N 充分大时,怎样求2 1 1N dx x +∞+?? 9. 正方形的边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝2 ? 10. 设 212S gt = 假定g 是准确的,而对t 的测量有±0.1秒的误差,证明当t 增加时S 的绝对 误差增加,而相对误差却减小. 11. 序列 {}n y 满足递推关系1101n n y y -=-(n=1,2,…),若0 1.41y =≈(三位有效数字), 计算到 10y 时误差有多大?这个计算过程稳定吗? 12. 计算6 1)f =, 1.4≈,利用下列等式计算,哪一个得到的结果最好? 3 -- 13. ()ln(f x x =,求f (30)的值.若开平方用六位函数表,问求对数时误差有多大?
数值分析课后题答案
数值分析 第二章 2.当1,1,2x =-时,()0,3,4f x =-,求()f x 的二次插值多项式。 解: 0120121200102021101201220211,1,2, ()0,()3,()4;()()1 ()(1)(2)()()2()()1 ()(1)(2) ()()6 ()()1 ()(1)(1) ()()3 x x x f x f x f x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x ==-===-=--==-+-----==------= =-+-- 则二次拉格朗日插值多项式为 2 20 ()()k k k L x y l x ==∑ 0223()4() 14 (1)(2)(1)(1)23 537623 l x l x x x x x x x =-+=---+ -+= +- 6.设,0,1,,j x j n =L 为互异节点,求证: (1) 0()n k k j j j x l x x =≡∑ (0,1,,);k n =L (2)0 ()()0n k j j j x x l x =-≡∑ (0,1,,);k n =L 证明 (1) 令()k f x x = 若插值节点为,0,1,,j x j n =L ,则函数()f x 的n 次插值多项式为0 ()()n k n j j j L x x l x == ∑。 插值余项为(1)1() ()()()()(1)! n n n n f R x f x L x x n ξω++=-= + 又,k n ≤Q
(1)()0 ()0 n n f R x ξ+∴=∴= 0()n k k j j j x l x x =∴=∑ (0,1,,);k n =L 0 000 (2)()() (())()()(()) n k j j j n n j i k i k j j j i n n i k i i k j j i j x x l x C x x l x C x x l x =-==-==-=-=-∑∑∑∑∑ 0i n ≤≤Q 又 由上题结论可知 ()n k i j j j x l x x ==∑ ()()0 n i k i i k i k C x x x x -=∴=-=-=∑原式 ∴得证。 7设[]2 (),f x C a b ∈且()()0,f a f b ==求证: 21 max ()()max ().8 a x b a x b f x b a f x ≤≤≤≤''≤- 解:令01,x a x b ==,以此为插值节点,则线性插值多项式为 10 101010 ()() ()x x x x L x f x f x x x x x --=+-- =() () x b x a f a f b a b x a --=+-- 1()()0()0 f a f b L x ==∴=Q 又 插值余项为1011 ()()()()()()2 R x f x L x f x x x x x ''=-= -- 011 ()()()()2 f x f x x x x x ''∴= --
2014-2015数值分析考试试题卷
太原科技大学硕士研究生 2014/2015学年第1学期《数值分析》课程试卷 一、填空题(每空4分,共32分) 1、设?????≤≤-++<≤+=2 1,1321 0,)(2 323x x bx x x x x x s 是以0,1,2为节点三次样条函数,则b=__-2___ 2、解线性方程组12312312388 92688 x x x x x x x x x -++=-?? -+=??-+-=? 的Jacobi 迭代格式(分量形式)为 ?? ???+--=++-=++=+++)(2)(1)1(3) (3)(1)1(2) (3)(2)1(1882/)96(88k k k k k k k k k x x x x x x x x x ,其相应的迭代矩阵为??????????-0812/102/9810。 3、方程03 =-a x 的牛顿法的迭代格式为__3 12 3k k k k x a x x x +-=-__________,其收敛的阶为 2 。 4、已知数x 的近似值0.937具有三位有效数字,则x 的相对误差限是310534.0-? 解:x 1≈0.937, 31102 1 )(-?≤ x ε 3 31111 10(x )2 (x )0.53410x 0.937 r εε--?=≤=? 5、用列主元高斯消去法解线性方程组 ??? ??=--=++=++2333220221 321321x x x x x x x x 作第1次消元后的第2,3个方程分别为? ? ?=+--=-5.35.125 .15.03232x x x x 6、设???? ??-=3211A ,则=∞)(A Cond __4____.
数值分析试题集
2 A J :;[则 || A 「一— 仙二 ------------- 'a+1 2 3 设「_1 J ,当a 满足条件 时,A 可作LU 分解。 (试卷一) 一 (10 分)已知% =1.3409, x 2 =1.0125都是由四舍五入产生的近似值, 判断x-i x 2及x 1 - x 2 有几位有效数字。 二 ( 1 多项式 三(15分)设f(x)? C 4[a,b ],H (x )是满足下列条件的三次多项式 H (a)二 f (a) , H (b)二 f (b) , H (c) = f (c) , H (c)二 f (c) ( a ::: c :: b ) 求f (x) -H(x),并证明之。 1 四(15分)计算, : =10』。 o 1 +X 五(15分)在[0,2]上取X 。= 0, X 1 = 1, X 2 = 2,用二种方法构造求积公式,并给出其公式的代 数精度。 六(10分)证明改进的尢拉法的精度是 2阶的。 七(10分)对模型y ■ = ■?y , ■:■ 0,讨论改进的尢拉法的稳定性。 八(15分)求方程x 3 4x 2 - 7x - 1 = 0在-1.2附近的近似值,;=10 "。 (试卷二) 一 填空(4*2分) 1 { k (x) }k£是区间[0,1]上的权函数为'(x)=x 2的最高项系数为1的正交多项式族,其中 1 (x ) =1,贝y . X 0( x )dx = ------------ , 1(X )工 ------- 数值分析试题集
3 2 * * * 4设非线性方程f (x)二(x -3x - 3x -1)(x ? 3) = 0,其根& = -3 ,他 =-1,则求为的近似值时,二阶局部收敛的牛顿迭代公式是 -------------------------------------- 。 广1 —0.5 a ' 二(8 分)方程组AX=b,其中A= — 0.5 2 -0.5,X, R3 l -a -0.5 1 』 1试利用迭代收敛的充要条件求出使雅可比迭代法收敛的a的取值范围,a取何值时雅可比迭代 收敛最快? 2选择一种便于计算的迭代收敛的充要条件,求出使高斯-塞德尔迭代法收敛的a的取值范围。 "V " = f(X y) 三(9分)常微分方程初值问题丿'的单步法公式为y n* = y n」+2hf (x n, y n),求该 、、y°= y(x°) 公式的精度。 四(14分)设A X =b为对称正定方程组 1求使迭代过程X k 1二X k ?〉(b-A?X k)收敛的数〉的变化范围; 『2 -1 -1、、 1、『0 、 2用此法解方程组-12 0-X2=1 L1 0数值分析期末考试复习题及其答案.doc
数值分析期末考试复习题及其答案 1. 已知325413.0,325413* 2* 1==X X 都有6位有效数字,求绝对误差限。(4分) 解: 由已知可知,n=6 5.01021 ,0,6,10325413.0016*1=?= =-=?=ε绝对误差限n k k X 2分 620* 21021,6,0,10325413.0-?=-=-=?=ε绝对误差限n k k X 2分 2. 已知?????=001A 220 - ???? ?440求21,,A A A ∞ (6分) 解: {},88,4,1max 1==A 1分 {},66,6,1max ==∞A 1分 () A A A T max 2λ= 1分 ?????=001A A T 420 ?? ?? ? -420?????001 220 - ?????440=?????001 080 ???? ?3200 2分 {}3232,8,1max )(max ==A A T λ 1分 24322==A 3. 设3 2 )()(a x x f -= (6分) ① 写出f(x)=0解的Newton 迭代格式 ② 当a 为何值时,)(1k k x x ?=+ (k=0,1……)产生的序列{}k x 收敛于2 解: ①Newton 迭代格式为: x a x x x a x a x x a x x x f x f x x k k k k k k k k k k 665)(665)(6)()(')(2 2 32 1 += +=---=-=+? 3分
②时迭代收敛即当222,112 10)2(',665)('2<<-<-=-=a a x a x ?? 3分 4. 给定线性方程组Ax=b ,其中:? ??=1 3A ??? 22,??????-=13b 用迭代公式)()()()1(k k k Ax b x x -+=+α(k=0,1……)求解Ax=b ,问取什么实数α,可使迭代收 敛 (8分) 解: 所给迭代公式的迭代矩阵为?? ? --? ??--=-=ααααα21231A I B 2分 其特征方程为 0) 21(2)31(=----= -αλα ααλλB I 2分 即,解得αλαλ41,121-=-= 2分 要使其满足题意,须使1)(华南理工大学数值分析试题-14年下-C
华南理工大学研究生课程考试 《数值分析》试卷C (2015年1月9日) 1. 考前请将密封线内各项信息填写清楚; 所有答案请按要求填写在本试卷上; 课程代码:S0003004; 4. 考试形式:闭卷; 5. 考生类别:硕士研究生; 本试卷共八大题,满分100分,考试时间为150分钟。 一、(12分)解答下列问题: 1)设近似值0x >,x 的相对误差为δ,试证明ln x 的绝对误差近似为δ。 2)利用秦九韶算法求多项式 542()681p x x x x x =-+-+ 在3x =时的值(须写出计算形式),并统计乘法次数。 (12分)解答下列问题: 1)设()235f x x =+,求[]0,1,2f 和[]0,1,2,3f 。 2)利用插值方法推导出恒等式: 33220,0[]j j i i x j i x i j =≠=-=-∑∏ 。
(1)设{}∞ =0)(k k x q 是区间[]1,0上带权1=ρ而最高次项系数为1的正交多项式族,其中1)(0=x q ,求1()q x 和2()q x 。 (2)求形如2y a bx =+的经验公式,使它与下列数据拟合: 四、(14分)对积分()10I f x dx = ?,试 (1)构造一个以012113,,424 x x x ===为节点的插值型求积公式; (2)指出所构造公式的代数精度; (3)用所得数值求积公式计算积分1 203x dx ?的精确值; (4)指出所得公式与一般的Newton-Cotes 型公式在形式上的重要区别。
(1)设?? ????=4321A ,计算1A 、()Cond A ∞和()A ρ。 (2)用列主元Gauss 消去法解方程组: 12312315410030.112x x x ????????????=????????????-?????? 六、(13分)对2阶线性方程组 11112212112222 a x a x b a x a x b +=??+=? (11220a a ≠ ) (1)证明求解此方程组的Jacobi 迭代与Gauss-Seidel 迭代同时收敛或同时发散; (2)当同时收敛时,试比较它们的收敛速度。
数值分析习题集及答案
数值分析习题集 (适合课程《数值方法A 》和《数值方法B 》) 长沙理工大学 第一章 绪 论 1. 设x >0,x 的相对误差为δ,求ln x 的误差. 2. 设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差. 3. 下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差限不超过最后一位的半个单位,试指出 它们是几位有效数字: *****123451.1021,0.031,385.6,56.430,7 1.0.x x x x x =====? 4. 利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限: ********12412324(),(),()/,i x x x ii x x x iii x x ++其中**** 1234 ,,,x x x x 均为第3题所给的数. 5. 计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R 时允许的相对误差限是多少? 6. 设028,Y =按递推公式 1n n Y Y -=( n=1,2,…) 计算到100Y .27.982(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=的两个根,使它至少具有四位有效数字27.982). 8. 当N 充分大时,怎样求 2 11N dx x +∞ +? ? 9. 正方形的边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝2 ? 10. 设 2 12S gt = 假定g 是准确的,而对t 的测量有±0.1秒的误差,证明当t 增加时S 的绝对 误差增加,而相对误差却减小. 11. 序列{}n y 满足递推关系1101n n y y -=-(n=1,2,…),若0 1.41y ≈(三位有效数字),计 算到10y 时误差有多大?这个计算过程稳定吗?
数值分析试题及答案
数值分析试题及答案 一、单项选择题(每小题3分,共15分) 1. 3.142和3.141分别作为的近似数具有()和()位有效数字. A.4和3 B.3和2 C.3和4 D.4和4 2. 已知求积公式,则=() A. B.C.D. 3. 通过点的拉格朗日插值基函数满足() A.=0,B.=0, C.=1,D.=1, 4. 设求方程的根的牛顿法收敛,则它具有()敛速。 A.超线性B.平方C.线性D.三次 5. 用列主元消元法解线性方程组作第一次消元后得到的第3个方程(). A.B. C.D. 单项选择题答案 1.A 2.D 3.D 4.C 5.B 得分评卷 人 二、填空题(每小题3分,共15分) 1. 设, 则, . 2. 一阶均差 3. 已知时,科茨系数,那么 4. 因为方程在区间上满足,所以在区间内有根。 5. 取步长,用欧拉法解初值问题的计算公式.填空题答案
1. 9和 2. 3. 4. 5. 得分评卷 人 三、计算题(每题15分,共60分) 1. 已知函数的一组数据:求分段线性插值函数,并计算的近似值. 计算题1.答案 1. 解, , 所以分段线性插值函数为 2. 已知线性方程组 (1)写出雅可比迭代公式、高斯-塞德尔迭代公式; (2)对于初始值,应用雅可比迭代公式、高斯-塞德尔迭代公式分别计算(保留小数点后五位数字). 计算题2.答案 1.解原方程组同解变形为 雅可比迭代公式为 高斯-塞德尔迭代法公式 用雅可比迭代公式得 用高斯-塞德尔迭代公式得 3. 用牛顿法求方程在之间的近似根 (1)请指出为什么初值应取2? (2)请用牛顿法求出近似根,精确到0.0001. 计算题3.答案
数值分析模拟试题
1、 方程组中,,则求解方程组的Jacobi 迭代与Gauss-Seidel 迭代均收敛的a 的范围是___________。 2、,则A 的LDL T 分解中,。 3、,则__________,_______________. 4、已 知,则用复合梯形公式计算求 得,用三点式求得____________. 5、,则_________ ,三点高斯求积公式______________. 6设* 2.40315x =是真值 2.40194x =的近似值,则* x 有________位有效数字。 7 3()1,[0,1,2,3]f x x x f =+-=设 则差商(均差)_____________,[0,1,2,3,4]f =________________。 8 求方程()x f x =根的牛顿迭代格式是__________________。 9.梯形求积公式和复化梯形公式都是插值型求积公式_____(对或错)。 10.牛顿—柯特斯求积公式的系数和()0n n k k C ==∑__________________。 11.用二次拉格朗日插值多项式2()sin0.34L x 计算的值。插值节点和相应的函数值是(0,0),(0.30,0.2955),(0.40,0.3894)。 12.用二分法求方程3()10[1.0,1.5]f x x x =--=在 区间内的一个根,误差限 210ε-=。 13.用列主元消去法解线性方程组 1231231 232346,3525,433032.x x x x x x x x x ++=??++=??++=? 14. 确定求积公式
012()()(0)()h h f x dx A f h A f A f h -≈-++? 。 中待定参数i A 的值(0,1,2)i =,使求积公式的代数精度尽量高;并指出此时求积公式的代数精度。 15、 试求使求积公式的代数精度 尽量高,并求其代数精度。 16.证明区间[a,b]上带权()x ρ的正交多项式(),1,2,n P x n = 的n 个根都是单根,且位于区间(a,b)内。 17.设()()[,],max ()n n a x b f x C a b M f x ≤≤∈=,若取 21cos ,1,2,,222k a b a b k x k n n +--=+= 作节点,证明Lagrange 插值余项有估计式21()max ()!2n n n a x b M b a R x n -≤≤-≤ 18用n=10的复化梯形公式计算时, (1)试用余项估计其误差 (2)用n=10的复化梯形公式计算出该积分的近似值。 19已知方程组AX =f,其中 (1)列出Jacobi 迭代法和Gauss-Seidel 迭代法的分量形式。 (2)求出Jacobi 迭代矩阵的谱半径,SOR 迭代法的最佳松弛参数 和SOR 法 的谱半径(可直接用现有结论) 20试确定常数A ,B ,C 和,使得数值积分公式 有尽可能高的代数精度。试问所得的数值积分公式代数精度是多少? 21证明方程=)(x f x 2-x -3=0在区间(2,3)内有且仅有一个根,并用迭代法求方程在区间(2,3)内的根,精确到小数点后4位。 22设f (1)=2,f (3)=4,f (4)=6,用拉格朗日插值法求f (x )的二次插值多项式P 2(x ),并求f (2)的近似值。
2012研究生数值分析课期末考试复习题及答案
一、填空 1. 设 2.3149541...x * =,取5位有效数字,则所得的近似值x= 2.3150 . 2.设一阶差商 ()()()21122114 ,321f x f x f x x x x --= = =---, ()()()322332 615 ,422f x f x f x x x x --= = =-- 则二阶差商 ()123,,______ f x x x =11/6 3. 设(2,3,1)T X =--, 则2||||X = 14 ,=∞||||X 3 。p49 4. 4.求方程 2 1.250x x --= 的近似根,用迭代公式 1.25x x =+,取初始值 01 x =, 那么 1______x =。 1.5 5.解初始值问题 00 '(,)()y f x y y x y =?? =?近似解的梯形公式是 1______k y +≈。 ()()[]11,,2 ++++k k k k k y x f y x f h y 6、 1151A ??= ? -??,则A 的谱半径 = 6 。 7、设 2()35, , 0,1,2,... , k f x x x kh k =+== ,则 []12,,n n n f x x x ++= —————— ————3 和 []123,,,n n n n f x x x x +++= _______________0_____ 。 8、 若线性代数方程组AX=b 的系数矩阵A 为严格对角占优阵,则雅可比迭代和高斯-塞德尔迭代都 收敛 。 9、解常微分方程初值问题的欧拉(Euler )方法的局部截断误差为_______O(h ) ___。
《数值计算方法》试题集及答案
《数值计算方法》复习试题 一、填空题: 1、????? ?????----=410141014A ,则A 的LU 分解为 A ??? ?????????=? ?????????? ?。 答案: ?? ????????--??????????--=1556141501 4115401411A 2、已知3.1)3(,2.1)2(,0.1)1(===f f f ,则用辛普生(辛卜生)公式计算求得 ?≈3 1 _________ )(dx x f ,用三点式求得≈')1(f 。 答案:2.367,0.25 3、1)3(,2)2(,1)1(==-=f f f ,则过这三点的二次插值多项式中2 x 的系数为 ,拉 格朗日插值多项式为 。 答案:-1, )2)(1(21 )3)(1(2)3)(2(21)(2--------= x x x x x x x L 4、近似值*0.231x =关于真值229.0=x 有( 2 )位有效数字; 5、设)(x f 可微,求方程)(x f x =的牛顿迭代格式是( ); 答案 )(1)(1n n n n n x f x f x x x '--- =+ 6、对1)(3 ++=x x x f ,差商=]3,2,1,0[f ( 1 ),=]4,3,2,1,0[f ( 0 ); 7、计算方法主要研究( 截断 )误差和( 舍入 )误差; 8、用二分法求非线性方程 f (x )=0在区间(a ,b )内的根时,二分n 次后的误差限为 ( 1 2+-n a b );
9、求解一阶常微分方程初值问题y '= f (x ,y ),y (x 0)=y 0的改进的欧拉公式为 ( )] ,(),([2111+++++=n n n n n n y x f y x f h y y ); 10、已知f (1)=2,f (2)=3,f (4)=5.9,则二次Newton 插值多项式中x 2系数为 ( 0.15 ); 11、 两点式高斯型求积公式?1 d )(x x f ≈( ?++-≈1 )] 321 3()3213([21d )(f f x x f ),代数精 度为( 5 ); 12、 解线性方程组A x =b 的高斯顺序消元法满足的充要条件为(A 的各阶顺序主子式均 不为零)。 13、 为了使计算 32)1(6 )1(41310-- -+-+ =x x x y 的乘除法次数尽量地少,应将该表 达式改写为 11 ,))64(3(10-= -++=x t t t t y ,为了减少舍入误差,应将表达式 19992001-改写为 199920012 + 。 14、 用二分法求方程01)(3 =-+=x x x f 在区间[0,1]内的根,进行一步后根的所在区间 为 0.5,1 ,进行两步后根的所在区间为 0.5,0.75 。 15、 计算积分?1 5 .0d x x ,取4位有效数字。用梯形公式计算求得的近似值为 0.4268 , 用辛卜生公式计算求得的近似值为 0.4309 ,梯形公式的代数精度为 1 ,辛卜生公式的代数精度为 3 。 16、 求解方程组???=+=+042.01532121x x x x 的高斯—塞德尔迭代格式为 ? ????-=-=+++20/3/)51()1(1)1(2)(2)1(1 k k k k x x x x ,该迭代格式的迭代矩阵的谱半径)(M ρ= 121 。