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数值分析5LU分解法

数值分析5LU分解法
数值分析5LU分解法

§3 LU 分解法

——Gauss 消去法的变形

知识预备:

1矩阵的初等行变换、初等矩阵及其逆、乘积

2矩阵的乘法

3上三角矩阵的乘积、单位下三角矩阵的乘积 4单位下三角矩阵的逆、可逆的上三角矩阵的逆

一、Gauss 消去法的矩阵解释

Gauss 消去法实质上是将矩阵A 分解为两个三角矩阵相乘。 我们知道,矩阵的初等行变换实质就是左乘初等矩阵。

第一轮消元:相当于对A (1)

左乘矩阵L 1,即

)2()1(1A A L =

其中

)

1(11

)

1(1

1)2()2(2

)2(2)2(22)

1(1)

1(12)1(11)

2(131211,,1001

011a a l a a a a a a a A

l l l L i i nn n n n n =???

???

???????

?=?????

??

?????????---=

第二轮消元:对应于

)3()2(2A A L =

一般地

1,,2,1)

1()(-==+n k A A L k k k (1)

其中

n

k k i a a l l l L k kk

k ik

ik nk k

k k ,,2,1,,10111)()

(1 ++==???

????

??

?

??

???

????

?--=+整个消元过程为

U A A L L L L n n n 记)(1221=-- ?????

?

?

??

??

?

?

?=nn n

n

u u u u u u 22211211………(2) 从而

U L U L L L L U L L L L A n n n n ?===---------1

112121111221)(

其中L 是单位下三角矩阵,即

,1,,1,,3,2,,11

11)()(21323121???

?

??-===?????

??

?????????=n j n i l l l l l l L j jj j ij

a a ij n n …(3) 【注】消元过程等价于A 分解成LU 的过程

回代过程是解上三角方程组的过程。

二、矩阵的三角分解

1、若将A 分解成L?U ,即A=L?U ,其中L 为单位下三角矩阵,U 为非奇异上三角矩阵,则称之为对A 的Doolittle 分解。

当A 的顺序主子式都不为零时,消元运算可进行,从而A 存在唯一的Doolittle 分解。

证明:若有两种分解,A=L 1U 1,A=L 2U 2,则必有L 1=L 2,U 1=U 2。

因为L 1U 1=L 2U 2,而且L 1,L 2都是单位下三角矩阵,U 1,U 2都是可逆上三角矩阵,所以有

112112--=U U L L

因此 )(1

12112单位矩阵I U U L L ==-- 即

L 1=L 2,U 1=U 2、

2、若L 是非奇异下三角矩阵,U 是单位上三角矩阵时,A 存在唯一的三角分解,A=LU ,称其为A 的Crout 分解(对应于用列变换实施消元)

三、直接分解(LU 分解)算法

LU 分解算法公式——按矩阵乘法

??????

?

???

???????????

?????????=nn n

n

n n u u u u u u l l l l l A 222112112132312111

11 第一步:利用A 中第一行、第一列元素确定U 的第一行、L 的第一列

元素。由

),,2,1()0,,0,,,()0,,0,0,1(1211n j u u u u a j

T ij j j j ==?=

),,3,2()0,,0,()0,,1,,,(11

1111211n i u l u l l l a i T ii i i i =?=?=-

得 u 1j =a 1j n j ,,2,1( =) l i1=a i1/u 11n i ,,3,2( =)

第r 步:利用A 中第r 行、第r 列剩下的元素确定U 的第r 行、L 的第r 列元素(r=2,3,…,n ).由

)

,,1,()0,,0,,,()0,,0,1,,,(1

1

21121n r r j u u l u u u l l l a rj

kj r k rk T

jj j j rr r r rj +=+=?=∑-=-得U 的第r 行元素为

∑-=+=-=1

1

,,1,,

r k kj rk rj rj n r r j u l a u

)

,,2,1()0,,0,,,()0,,0,1,,,(1

1

21121n r r i u l u l u u u l l l a rr

ir kr r k ik T

rr r r ii i i ir ++=+=?=∑-=-得

),,1,1,,3,2(/)(1

1

n r i n r u u l a l rr

kr r k ik ir ir +=-=-=∑-=…………

(4)

直接分解的紧凑格式:

方程组的三角分解算法(LU 分解)

对于方程组Ax=b ,设A=LU (Doolittle 分解)。

由于 ???==?=y

Ux b

Ly b Ax

1、求解Ly=b :

∑-==-==1

1

11),,3,2(,,i k k ik i i n i y l b y b y (5)

2、求解Ux=y :

)1,2,,2,1(,/)(,/1

--=-

==∑+=n n i u x u

y x u y x ii n

i k k ik

i i nn n n (6)

LU 分解算法

步1,输入A ,b ;

步2,对j=1,2,…,n 求,:111j j j a u u =

对i=2,3,…,n 求;/:11111u a l l i i i = 步3,对r=2,3,…,n 做(3.1)-(3.2): (3.1)∑-=+=-

=1

1),,,1,(,r k kj rk

rj rj n r r j u l

a u

(3.2));;,,1(/)(1

1

n r n r i u u l

a l rr

r k kr ik

ir ir ≠+=-

=∑-=

步4,∑-=-

===1

1

11;:,,,3,2,i k k ik

i i i y l

b y y n i b y 求对

步5,ii n

i k k ik

i i i n n u x u

y x x n i y x /)(:1,,1,1

∑+=-=-==求对

步6,输出);,,2,1(n i x i =结束。

????

??????-=????????????????????-713542774322322x x x 解:对系数矩阵A 进行LU 分解

6

)(,2,2/)(1

,3,1,2,3,2,22332133133332222123132322322121223121131211=--===-===-=-=====u l u l a u u u u l a l u u u l a u l l u u u j j j 所以因此

????

?

???????

???

?????-=613322121121A 先解627,521,3,213121=-+-=-=-===y y y y y y b Ly 则。

再解

22/)323(,23/)5(,1,321323=--=-=--===x x x x x x y Ux 解出

程序:LU_factorization

%Not Select Column LU_factorization clear all

n=3;a=[2 2 3;4 7 7;-2 4 5];b=[3;1;-7]; %n=3;a=[1 4 7;2 5 8;3 6 11];b=[1;1;1]; %LU_factorazation for i=2:n

a(i,1)=a(i,1)/a(1,1); end a

for r=2:n for j=r:n s=0.;

for k=1:r-1

s=s+a(r,k)*a(k,j); end

a(r,j)=a(r,j)-s; end

for i=r+1:n s=0.;

for k=1:r-1

s=s+a(i,k)*a(k,r); end

a(i,r)=(a(i,r)-s)/a(r,r); end a end

%Extract Lower/Upper Triangular Part l=tril(a); for i=1:n l(i,i)=1; end

u=triu(a);

北师大网络教育 数值分析 期末试卷含答案

注:1、教师命题时题目之间不留空白; 2、考生不得在试题纸上答题,教师只批阅答题册正面部分,若考北师大网络教育——数值分析——期末考试卷与答案 一.填空题(本大题共4小题,每小题4分,共16分) 1.设有节点012,,x x x ,其对应的函数()y f x =的值分别为012,,y y y ,则二次拉格朗日插值基函数0()l x 为 。 2.设()2f x x =,则()f x 关于节点0120,1,3x x x ===的二阶向前差分为 。 3.设110111011A -????=--????-??,233x ?? ??=?? ???? ,则1A = ,1x = 。 4. 1n +个节点的高斯求积公式的代数精确度为 。 二.简答题(本大题共3小题,每小题8分,共24分) 1. 哪种线性方程组可用平方根法求解?为什么说平方根法计算稳定? 2. 什么是不动点迭代法?()x ?满足什么条件才能保证不动点存在和不动点迭代序列收敛于()x ?的不动点? 3. 设n 阶矩阵A 具有n 个特征值且满足123n λλλλ>≥≥≥ ,请简单说明求解矩阵A 的主特征值和特征向量的算法及流程。 三.求一个次数不高于3的多项式()3P x ,满足下列插值条件: i x 1 2 3 i y 2 4 12 i y ' 3 并估计误差。(10分) 四.试用1,2,4n =的牛顿-科特斯求积公式计算定积分1 01 1I dx x =+? 。(10分) 五.用Newton 法求()cos 0f x x x =-=的近似解。(10分) 六.试用Doolittle 分解法求解方程组:

注:1、教师命题时题目之间不留空白; 2、考生不得在试题纸上答题,教师只批阅答题册正面部分,若考 12325610413191963630 x x x -?????? ??????-=?????? ??????----?????? (10分) 七.请写出雅可比迭代法求解线性方程组1231231 23202324 812231530 x x x x x x x x x ++=?? ++=??-+=? 的迭代格式,并 判断其是否收敛?(10分) 八.就初值问题0(0)y y y y λ'=??=?考察欧拉显式格式的收敛性。(10分)

2010-2011第一学期《数值分析》试卷A卷及答案

2010 ~ 2011 学年第 1学期 《 数值分析 》课程考试试卷(A ) 开课二级学院: 理学院 ,考试时间: 2010 年__ 月_ 日 时 考试形式:闭卷√□、开卷□,允许带 计算器 入场 考生姓名: 学号: 专业: 班级: 一、填空(每个空3分,共30分) 1,设 *3.1415, 3.141x x ==,则* x 有__________位有效数字。 2,* 3587.6x =是经四舍五入得到的近似值,则其相对误差≤*r e ___________. 3,已知=?? ? ??-=1,4032A A 则_______, =∞A _______. 4,设0)(≥''x f , 则由梯形公式计算的近似值T 和定积分? = b a dx x f I )(的值的大小 关系为___________.(大于或者小于) 5, 已知, 3,2,1,03210====x x x x 4,5.2,1.1,03210====f f f f ,则均差 ],,,[3210x x x x f _______________. 6, 已知A=???? ? ? ?2021012a a ,为使A 可分解为T LL A =,其中L 为对角线元素为正的下三角形 矩阵,则a 的取值范围为_______________,如果a =1,则L =______________. 7,若b a ,满足的正规方程组为:??? ? ? ?? =+=+∑∑∑∑∑=====n i n i n i i i i i n i n i i i y x b x a x y b x na 1112111 则x y 与之间的关系式为______________________ 8,若1λ是1 -A 的按模最大的特征值,则A 的按模最小的特征值为___________

数值分析学期期末考试试题与答案(A)

期末考试试卷(A 卷) 2007学年第二学期 考试科目: 数值分析 考试时间:120 分钟 学号 姓名 年级专业 一、判断题(每小题2分,共10分) 1. 用计算机求 1000 1000 1 1 n n =∑时,应按照n 从小到大的顺序相加。 ( ) 2. 为了减少误差,进行计算。 ( ) 3. 用数值微分公式中求导数值时,步长越小计算就越精确。 ( ) 4. 采用龙格-库塔法求解常微分方程的初值问题时,公式阶数越高,数值解越精确。( ) 5. 用迭代法解线性方程组时,迭代能否收敛与初始向量的选择、系数矩阵及其演变方式有 关,与常数项无关。 ( ) 二、填空题(每空2分,共36分) 1. 已知数a 的有效数为0.01,则它的绝对误差限为________,相对误差限为_________. 2. 设1010021,5,1301A x -????????=-=-????????-???? 则1A =_____,2x =______,Ax ∞ =_____. 3. 已知5 3 ()245,f x x x x =+-则[1,1,0]f -= ,[3,2,1,1,2,3]f ---= . 4. 为使求积公式 1 1231 ()()(0)33 f x dx A f A f A f -≈- ++? 的代数精度尽量高,应使1A = ,2A = ,3A = ,此时公式具有 次的代数精度。 5. n 阶方阵A 的谱半径()A ρ与它的任意一种范数A 的关系是 . 6. 用迭代法解线性方程组AX B =时,使迭代公式(1) ()(0,1,2,)k k X MX N k +=+=产 生的向量序列{ }() k X 收敛的充分必要条件是 . 7. 使用消元法解线性方程组AX B =时,系数矩阵A 可以分解为下三角矩阵L 和上三角矩

最新应用数值分析第四版第一章课后作业答案

第一章 1、 在下列各对数中,x 是精确值 a 的近似值。 3 .14,7/100)4(143 .0,7/1)2(0031 .0,1000/)3(1 .3,)1(========x a x a x a x a ππ 试估计x 的绝对误差和相对误差。 解:(1)0132.00416 .01.3≈= ≈-= -=a e e x a e r π (2)0011.00143 .0143.07/1≈= ≈-=-=a e e x a e r (3)0127.000004 .00031.01000/≈= ≈-=-=a e e x a e r π (4)001.00143 .03.147/100≈= ≈-=-=a e e x a e r 2. 已知四个数:x 1=26.3,x 2=0.0250, x 3= 134.25,x 4=0.001。试估计各近似数的有效位数和误差限,并估计运算μ1= x 1 x 2 x 3和μ1= x 3 x 4 /x 1的相对误差限。 解:x 1=26.3 n=3 δx 1=0.05 δr x 1=δx 1/∣x 1∣=0.19011×10-2 x 2=0.0250 n=3 δx 2=0.00005 δr x 2=δx 2/∣x 2∣=0.2×10-2 x 3= 134.25 n=5 δx 3=0.005 δr x 3=δx 3/∣x 3∣=0.372×10 -4 x 4=0.001 n=1 δx 4=0.0005 δr x 4=δx 4/∣x 4∣=0.5 由公式:e r (μ)= e (μ)/∣μ∣≦1/∣μ∣Σn i=1∣?f/?x i ∣δx i e r (μ1)≦1/∣μ1∣[x 2 x 3δx 1+ x 1 x 3δx 2 +x 1 x 2δx 3] =0.34468/88.269275 =0.0039049 e r (μ2)≦1/∣μ2∣[x 3 x 4/ x 21δx 1+ x 4/ x 1δx 3 + x 3 / x 1δx 4] =0.501937 3、设精确数a>0,x 是a的近似值,x 的相对误差限是0.2,求㏑x 的相对误差限。 解:设=()u f x , ()()()()() ()||||||||||()||()|| | |()||()||||r r r x e u df x e x df x e x e u u dx u dx u x df x x df x x e x x dx u dx u δ= ≈==≤ ()||10.2 (())| |()||ln ln ln r r r r df x x x x f x x x dx u x x x x δδδδ==??==

北京大学数值分析试题2015

北京大学数值分析试题2015

北京大学2014--2015学年第一学期 研究生期末考试试题A (闭卷考试) 课程名称:数值分析 注:计算题取小数点后四位 一、填空题(每空3分,共24分) (1) 设 1222A ?? -=? ?-?? ? ?,则A 的奇异值 为 。 (2) 设0.00013753x =为真值0.00013759 T x =的近似值,则 x 有 位有效数字。 (3) 设数据1 2 3 ,,x x x 的绝对误差为0.002,那么 123 x x x -+的绝对误差约为 ____ _。 (4) ) x (l ,),x (l ),x (l n 10 是以0 1 ,, ,,(2) n x x x n ≥为节点的 拉格朗日插值基函数, 则 2 0(2)()n k k k x l x =+= ∑ 。 (5) 插值型求积公式22 =≈∑?()() n k k k x f x dx A f x 的求积系 数之和0 n k k A ==∑ 。 其中2 x 为权函数,1≥n 。 (6)已知(3,4) ,(0,1)T T x y ==,求Householder 阵H 使Hx ky =,其中k R ∈。 H= 。

(7) 数值求积公式1 1 2()((0)3f x dx f f f -??≈ ++???? ?的代数精度为___。 (8) 下面Matlab 程序所求解的数学问题是 。 (输入向量x , 输出S ) x =input('输入x :x ='); n=length(x ); S=x (1); for i=2:n if x (i)

应用数值分析(第四版)课后习题答案第9章

第九章习题解答 1.已知矩阵????? ???????=??????????=4114114114,30103212321A A 试用格希哥林圆盘确定A 的特征值的界。 解:,24)2(, 33)1(≤-≤-λλ 2.设T x x x x ),...,,(321=是矩阵A 属于特征值λ的特征向量,若i x x =∞, 试证明特征值的估计式∑≠=≤-n i j j ij ii a a 1λ. 解:,x Ax λ = ∞∞∞∞≤==x A x x Ax i λλ 由 i x x =∞ 得 i n in i ii i x x a x a x a λ=++++ 11 j n j i i ij i ii x a x a ∑≠==-1)(λ j n j i i ij j n j i i ij i ii x a x a x a ∑∑≠=≠=≤=-11λ ∑∑≠=≠=≤≤-n j i i ij i j n j i i ij ii a x x a a 11λ 3.用幂法求矩阵 ???? ??????=1634310232A 的强特征值和特征向量,迭代初值取T y )1,1,1()0(=。 解:y=[1,1,1]';z=y;d=0; A=[2,3,2;10,3,4;3,6,1]; for k=1:100 y=A*z; [c,i]=max(abs(y)); if y(i)<0,c=-c;end

z=y/c if abs(c-d)<0.0001,break; end d=c end 11.0000 =c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 10.9999 =c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 11.0003 =c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 10.9989=c ,0.7500) 1.0000 0.5000(z 11.0040 =c ,0.7498) 1.0000 0.5000(z 10.9859=c ,0.7506) 1.0000 0.5001(z 11.04981 =c ,0.7478) 1.0000 0.4995(z 10.8316 =c ,0.7574) 1.0000 0.5020(z 11.5839 =c ,) 0.7260 1.0000 0.4928 (z 9.4706 =c ,0.8261) 1.0000 0.5280(z 17 = c ,0.5882) 1.0000 0.4118(z 11T (11)10T (10)9T (9)8T (8)7T (7)6T (6)5T (5)4T (4)3T (3)2T (2)1T (1)=========== 强特征值为11,特征向量为T 0.7500) 1.0000 0.5000(。 4.用反幂法求矩阵???? ??????=111132126A 最接近6的特征值和特征向量,迭代初值取 T y )1,1,1()0(=。 解:y=[1,1,1]';z=y;d=0; A=[6,2,1;2,3,1;1,1,1]; for k=1:100 AA=A-6*eye(3); y=AA\z; [c,i]=max(abs(y)); if y(i)<0,c=-c;end z=y/c; if abs(c-d)<0.0001,break; end d=c end d=6+1/c

重庆大学数值分析试卷

重庆大学数值分析课程试卷 2012 ~2013 学年 第 1学期 开课学院:数统学院 课程号: 考试日期: 考试方式 : 考试时间 120 分钟 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分 得 分 注:1.大标题用四号宋体、小标题及正文推荐用小四号宋体;2.按A4纸缩小打印 一、 选择题(3分/每小题,共15分) 1、以下误差公式不正确的是( A ) A. ()()()1212x x x x εε ε- =- B. ()()()1212x x x x εεε+=+ C .()()()122112x x x x x x εε ε = + D. ()()2 2 x x x εε = 2、通过点()0 0,x y ,()11,x y 的拉格朗日插值基函数()0l x ,()1l x 满足(C ) A. ()000l x =,()110l x = B. ()000l x =,()111l x = C. ()001l x =,()111l x = D. ()001l x =,()110l x = 3、已知等距节点的插值型求积公式 ()()3 52 k k k f x d x A f x =≈ ∑ ? ,则3 k k A == ∑ ( C ) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 4、解线性方程组A x b =的简单迭代格式() () 1k k x B x f +=+收敛的充要条件是( B ) A. ()1A ρ< B. ()1B ρ< C. ()1A ρ> D. ()1B ρ> 5、已知差商021[,,]5 f x x x =,402[,,]9f x x x =,234[,,]14f x x x =,032[,,]8f x x x =, 则 420[,,]f x x x = ( B ) A. 5 B. 9 C. 14 D. 8 二、 填空题(3分/每小题,共15分) 1取 3.141592x =作为数 3.14159265 4...的近似值,则x 有____6____位有效数字 2、Cotes 求积公式的代数精度为 5 学院 专业、班 年级 学号 姓名 公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊 封 线 密

数值分析第四版习题及答案

第四版 数值分析习题 第一章绪论 1.设x>0,x得相对误差为δ,求得误差、 2.设x得相对误差为2%,求得相对误差、 3.下列各数都就是经过四舍五入得到得近似数,即误差限不超过最后一位得半个单位,试指 出它们就是几位有效数字: 4.利用公式(3、3)求下列各近似值得误差限: 其中均为第3题所给得数、 5.计算球体积要使相对误差限为1%,问度量半径R时允许得相对误差限就是多少? 6.设按递推公式 ( n=1,2,…) 计算到、若取≈27、982(五位有效数字),试问计算将有多大误差? 7.求方程得两个根,使它至少具有四位有效数字(≈27、982)、 8.当N充分大时,怎样求? 9.正方形得边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝? 10.设假定g就是准确得,而对t得测量有±0、1秒得误差,证明当t增加时S得绝对误差增 加,而相对误差却减小、 11.序列满足递推关系(n=1,2,…),若(三位有效数字),计算到时误差有多大?这个计算过程 稳定吗? 12.计算,取,利用下列等式计算,哪一个得到得结果最好? 13.,求f(30)得值、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 计算,求对数时误差有多大? 14.试用消元法解方程组假定只用三位数计算,问结果就是否可靠? 15.已知三角形面积其中c为弧度,,且测量a ,b ,c得误差分别为证明面积得误差满足 第二章插值法 1.根据(2、2)定义得范德蒙行列式,令 证明就是n次多项式,它得根就是,且 、 2.当x= 1 , -1 , 2 时, f(x)= 0 , -3 , 4 ,求f(x)得二次插值多项式、 3. 4., 研究用线性插值求cos x 近似值时得总误差界、

李庆扬-数值分析第五版第7章习题答案(0824)汇编

第7章复习与思考题

求f (X )= 0的零点就等价于求(x )的不动点,选择一个初始近似值X 0,将它代入X =「(X ) 的右端,可求得 X 1 h%X °),如此反复迭代有 X k 1 二(X k ), k =0,1,2,..., (X)称为迭代函数,如果对任何 X 。? [a,b],由x k 卜h%x k ),k =0,1,2,...得到的序列 〈X k 1有极限 则称迭代方程收敛,且X* =?(x*)为?(X )的不动点 故称 X k q 二(X k ), k =0,1,2,...为不动点迭代法。 5?什么是迭代法的收敛阶?如何衡量迭代法收敛的快慢?如何确定 X k 1 二「(X k )(k =0,1,2,...)的收敛阶 P219 设迭代过程X k 1'h%X k )收敛于 (X)的根X*,如果当k > 时,迭代误差 e k = x k - x *满足渐近关系式 —t C,C =const 式 0 e/ 则称该迭代过程是 p 阶收敛的,特别点,当 p=1时称为线性收敛,P>1时称为超线性收敛, p=2时称为平方收敛。 以收敛阶的大小衡量收敛速度的快慢。 6?什么是求解f(x)=0的牛顿法?它是否总是收敛的?若 f(X*) =0,X*是单根,f 是光 滑,证明牛顿法是局部二阶收敛的。 牛顿法: 当| f (X k )卜J 时收敛。 7?什么是弦截法?试从收敛阶及每步迭代计算量与牛顿法比较其差别。 在牛顿法的基础上使用 2点的的斜率代替一点的倒数求法。就是弦截法。 收敛阶弦截法1.618小于牛顿法2 计算量弦截法 <牛顿法(减少了倒数的计算量) 8?什么是解方程的抛物线法?在求多项式全部零点中是否优于牛顿法? P229 X - m X k 1 =X k f (X k ) f (X k )

数值分析第四版习题及答案

数值分析第四版习题及答案

第四版 数值分析习题 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: *****1 2 3 4 5 1.1021,0.031,385.6,56.430,7 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0 28,Y =按递推公式 11 783100 n n Y Y -=( n=1,2,…) 计算到100Y .若取78327.982(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78327.982). 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212 S 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1 101n 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 63 22)70 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 {101012121010;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 1 sin ,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

大连理工大学09级矩阵与数值分析试题

大 连 理 工 大 学 课 程 名 称: 矩阵与数值分析 试 卷: 统一 考试类型 闭卷 授课院 (系): 数 学 系 考试日期:2010年1月12日 试卷共 8页 一、 填空与判断题(?或√),每空 2 分,共50分 (1) 已知2009.12a =,2010.01b =分别是按四舍五入原则得到的1x 和2x 近似值,那么,1x a -≤ ; 2x b b -≤ ;12x x ab -≤ 。 (2)[]0,1上权函 数()x x ρ=的正交多项式族中()1x φ= ; ()()1 5 350 x x x φ+=? 。 (3) 已知存在实数R 使曲线2y x =和()2 228y x R +-=相切。求切点横坐标近似值的Newton 迭代公式为 。 (4) 设1221?? ?-??A =,则它的奇异值为 。 (5)若取1101??=????A ,则1 d t e t =?A 。 (6) 若1

(8) 已知0.2510.25??= ?? ?A ,则0k k ∞ ==∑A 。 (9) 设,n ≠∈C s 0则 () 2 T =ss s,s 。 (10) 求解微分方程(0)2u t u u '=-??=?,的Euler 法公式为 ; 绝对稳定区间为 ;改进的Euler 公式为 。 (11) 用A (-2,-3.1)、B (-1,0.9)、C (0,1.0) 、D (1,3.1)、E (2,4.9)拟合一 直线s (x )=a +bx 的法方程组为: 。 (12) 已知多项式()3234321p x x x x =+++,那么求此多项式值的秦九韶算法公为:_ ______。 (13) 给定如下数据表 则均差[1,0,1f -= ,由数据构造出最简插值多项式 ()p x = 。 (14)设???? ? ? ?? +=231311a A ,当a 满足条件 时, A 必有唯一的T LL 分解(其中L 是对角元为正的下三角矩阵)。 (15) 求01)(=--=x e x f x 根的Newton 迭代法至少局部平方收敛 ( ) (16) 若A 为可逆矩阵,则求解A T Ax=b 的Gauss-Seidel 迭代法收敛 ( ) (17) 分段二点三次Hermite 插值多项式∈C 2函数类 ( ) (18) 如果A 为Hermite 矩阵,则A 的奇异值是A 的特征值 ( )

数值分析期末试题

数值分析期末试题 一、填空题(20102=?分) (1)设??? ? ? ??? ??---=28 3 012 251A ,则=∞ A ______13_______。 (2)对于方程组?? ?=-=-3 4101522121x x x x ,Jacobi 迭代法的迭代矩阵是=J B ?? ? ? ??05.25.20。 (3)3*x 的相对误差约是*x 的相对误差的 3 1倍。 (4)求方程)(x f x =根的牛顿迭代公式是) ('1)(1n n n n n x f x f x x x +-- =+。 (5)设1)(3 -+=x x x f ,则差商=]3,2,1,0[f 1 。 (6)设n n ?矩阵G 的特征值是n λλλ,,,21 ,则矩阵G 的谱半径=)(G ρi n i λ≤≤1max 。 (7)已知?? ? ? ??=1021 A ,则条件数=∞ )(A Cond 9 (8)为了提高数值计算精度,当正数x 充分大时,应将)1ln(2 -- x x 改写为 )1ln(2 ++ -x x 。 (9)n 个求积节点的插值型求积公式的代数精确度至少为1-n 次。 (10)拟合三点))(,(11x f x ,))(,(22x f x ,))(,(33x f x 的水平直线是)(3 1 3 1 ∑== i i x f y 。 二、(10分)证明:方程组? ?? ??=-+=++=+-1 211 2321321321x x x x x x x x x 使用Jacobi 迭代法求解不收敛性。 证明:Jacobi 迭代法的迭代矩阵为 ???? ? ?????---=05 .05 .01015.05.00J B J B 的特征多项式为

数值分析第四版习题及答案

第四版 数值分析习题 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 .(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. 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 212S gt = 假定g 是准确的,而对t 的测量有±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61)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?若改用另一等价公式 ln(ln(x x =- 计算,求对数时误差有多大?

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 ) ___。

最新数值分析课程第五版课后习题答案(李庆扬等)1

第一章 绪论(12) 1、设0>x ,x 的相对误差为δ,求x ln 的误差。 [解]设0*>x 为x 的近似值,则有相对误差为δε=)(*x r ,绝对误差为**)(x x δε=,从而x ln 的误差为δδεε=='=* ****1)()(ln )(ln x x x x x , 相对误差为* * ** ln ln ) (ln )(ln x x x x r δ εε= = 。 2、设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差。 [解]设*x 为x 的近似值,则有相对误差为%2)(*=x r ε,绝对误差为**%2)(x x =ε,从而n x 的误差为n n x x n x n x x n x x x ** 1 *** %2%2) ()()()(ln * ?=='=-=εε, 相对误差为%2) () (ln )(ln *** n x x x n r == εε。 3、下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差不超过最后一位的半个单位,试指出它们是几位有效数字: 1021.1*1=x ,031.0*2=x ,6.385*3=x ,430.56*4=x ,0.17*5 ?=x 。 [解]1021.1*1 =x 有5位有效数字;0031.0* 2=x 有2位有效数字;6.385*3=x 有4位有效数字;430.56* 4 =x 有5位有效数字;0.17*5?=x 有2位有效数字。 4、利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限,其中* 4*3*2*1,,,x x x x 均为第3题所给 的数。 (1)* 4*2*1x x x ++; [解]3 334* 4*2*11** *4*2*1*1005.1102 1 10211021)()()()()(----=?=?+?+?=++=? ??? ????=++∑x x x x x f x x x e n k k k εεεε; (2)* 3*2 *1x x x ;

数值分析期末试题

一、(8分)用列主元素消去法解下列方程组: ??? ??=++-=+--=+-11 2123454 321321321x x x x x x x x x 二、(10分)依据下列数据构造插值多项式:y(0)=1,y(1)= —2,y '(0)=1, y '(1)=—4 三、(12分)分别用梯形公式和辛普生公式构造 复化的梯形公式、复化的辛普生公式并利用复化的梯形公式、复化的辛普生公式计算下列积分: ? 9 1dx x n=4 四、(10分)证明对任意参数t ,下列龙格-库塔方法是二阶的。 五、(14分)用牛顿法构造求c 公式,并利用牛顿法求115。保留有效数字五位。 六、(10分)方程组AX=B 其中A=????????? ?10101a a a a 试就AX=B 建立雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法,并讨论a 取何值时 迭代收斂。 七、(10分)试确定常数A,B,C,a,使得数值积分公式?-++-≈2 2 ) (}0{)()(a Cf Bf a Af dx x f 有尽可能多的 代数精确度。并求该公式的代数精确度。 八、{6分} 证明: A ≤ 其中A 为矩阵,V 为向量. 第二套 一、(8分)用列主元素消去法解下列方程组: ??? ??=++=+-=+3 2221 43321 32132x x x x x x x x 二、(12分)依据下列数据构造插值多项式:y(0)=y '(0)=0, y(1)=y '(1)= 1,y(2)=1 三、(14分)分别用梯形公式和辛普生公式构造 复化的梯形公式、复化的辛普生公式,并利用复化的梯形公式、 复化的辛普生公式及其下表计算下列积分: ?2 /0 sin πxdx ????? ? ? -+-+=++==++=+1 3121231)1(,)1(() ,(),()(2 hk t y h t x f k thk y th x f k y x f k k k h y y n n n n n n n n

2011级数值分析(A)试卷

湖南工业大学硕士研究生课程考试试卷 考试科目: 数值分析 (A 卷) 课程编码: 考试形式: 开卷 (开/闭卷)考试时间: 120 分钟 适用年级: 2011年级 学年学期: 2011-2012第二学期 考生学号: 考生姓名: 考生专业: 考生注意事项:1、本试卷共 2 页,试卷如有缺页或破损,请立即举手报告以便更换。 2、考试结束后,考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。 一、(10分)证明x 的相对误差约等于x 的相对误差的2 1。 二、(10分)若n n n n x a x a x a a x f ++++=--1110)( 有n 个不同实根n x x x ,,,21 ,证明:∑=-???-=-≤≤=n j n j k j n k a n k x f x 11'.1,.20,0)( 三、(10分)讨论:当)(x f 为连续函数,节点),,1,0(n i x i =为等距节点,构 造拉格朗日插值多项式)(x L n ,则n 越大)(x L n 与)(x f 的接近程度。(需举 例从误差角度讨论) 四、(10分)利用Gram-Schmidt 正交化方法,求]1,0[上带权x 的三次正交多 项式系。 五、(10分)求参数1010,,,x x A A ,使求积公式 )()()(1110010x f A x f A dx x f x +≈? 。 有最高的代数精度。 六、(10分)用三点公式求2)1(1)(+=x x f 在2.1,1.1,0.1=x 处的导数值,并估计误差。)(x f 的值由下表给出:

七、(10分)写出线性方程组?? ???=+=-+-=-61071021214153232121x x x x x x x 的Gauss-Seidel 迭代格式,并写出其迭代矩阵,并判断它的收敛性。 八、(10分)证明方程0126)(3=--=x x x f 在区间]5,2[内有唯一根p,并对任 意初始值]5,2[0∈x ,Newton 序列都收敛于p 九、(10分)写出下面非线性方程组的Newton 迭代格式???=--=-0 130331221222 1x x x x x 十、(10分)试证明,用Euler 法解初值问题0)0(,'=+=y b at y 得到的解为 ,2 1212n n n n aht bt at y -+=,其中nh t n =,并证明方法是收敛的。

数值分析试题及答案

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)| 。

华中科技大学数值分析2016年试卷

华中科技大学研究生课程考试试卷 课程名称: 课程类别 考核形式 学生类别______________考试日期______________学号__________________姓名__________________任课教师___________________ 一、填空 (每题3分,共24分) 1.设0.0013a =, 3.1400b =, 1.001c =都是经过四舍五入得到的近似值,则它们分别有 , , 位有效数字。 2.设(0,1,2,3,4)i x i = 为互异节点,()i l x 为对应的4次Lagrange 插值基函数,则 4 40 (21)()i i i i x x l x =++=∑___________________,4 40 (21)(1)i i i i x x l =++=∑________。 3. 已知3()421f x x x =++, 则[]0,1,2,3f = ,[]0,1,2,3,5f = 。 4.当常数a = , ()1 2 3 1 x ax dx -+?达到极小。 5. 三次Chebyshev 多项式3()T x 在[-1, 1]上3个不同实零点为1x = , 2x = ,3x = ;()()()12311 max x x x x x x x -≤≤---= 。 6.已知一组数据()()() 01,12,25, y y y ===利用最小二乘法得到其拟合直线y ax b =+,则a =_____ ,b =_____。 7. 当0A = ,1A = 时,求积公式 ()()()1011 1 ()1013 f x dx f A f A f -≈ -++? 的代数精度能达到最高,此时求积公式的代数精度为 。 8.已知矩阵1 222A ?? = ?-?? ,则A ∞= ,2A ,()2cond A = 。 二、(10分) 设函数()y f x =, 已知()()()0'01,14f f f ===, (1) 试求过这两点的二次Hermite 插值多项式()2H x ; 研究生 2016-6-1 数值分析

数值分析试题及答案汇总

数值分析试题及答案汇 总 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】

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 。

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