数值分析上机作业

数值分析上机实验一、解线性方程组直接法（教材49页14题）追赶法程序如下：function x=followup(A,b)n = rank(A);for(i=1:n)if(A(i,i)==0)disp('Error: 对角有元素为0');return;endend;d = ones(n,1);a = ones(n-1,1);c = ones(n-1);for(i=1:n-1)a(i,1)=A(i+1,i);c(i,1)=A(i,i+1);d(i,1)=A(i,i);endd(n,1) = A(n,n);for(i=2:n)d(i,1)=d(i,1) - (a(i-1,1)/d(i-1,1))*c(i-1,1);b(i,1)=b(i,1) - (a(i-1,1)/d(i-1,1))*b(i-1,1);endx(n,1) = b(n,1)/d(n,1);for(i=(n-1):-1:1)x(i,1) = (b(i,1)-c(i,1)*x(i+1,1))/d(i,1);end主程序如下：function zhunganfaA=[2 -2 0 0 0 0 0 0;-2 5 -2 0 0 0 0 0;0 -2 5 -2 0 0 0 0;0 0 -2 5 -2 0 0 0;0 0 0 -2 5 -2 0 0;0 0 0 0 -2 5 -2 0;0 0 0 0 0 -2 5 -2;0 0 0 0 0 0 -2 5];b=[220/27;0;0;0;0;0;0;0];x=followup(A,b)计算结果：x =8.14784.07372.03651.01750.50730.25060.11940.0477二、解线性方程组直接法（教材49页15题）程序如下：function tiaojianshu(n)A=zeros(n);for j=1:1:nfor i=1:1:nA(i,j)=(1+0.1*i)^(j-1);endendc=cond(A)d=rcond(A)当n=5时c =5.3615e+005d =9.4327e-007当n=10时c =8.6823e+011d =5.0894e-013当n=20时c =3.4205e+022d =8.1226e-024备注：对于病态矩阵A来说，d为接近0的数；对于非病态矩阵A来说，d为接近1的数。

数值分析上机作业（一）一、算法的设计方案1、幂法求解λ1、λ501幂法主要用于计算矩阵的按模最大的特征值和相应的特征向量，即对于|λ1|≥|λ2|≥.....≥|λn|可以采用幂法直接求出λ1，但在本题中λ1≤λ2≤……≤λ501，我们无法判断按模最大的特征值。

但是由矩阵A的特征值条件可知|λ1|和|λ501|之间必然有一个是最大的，通过对矩阵A使用幂法迭代一定次数后得到满足精度ε=10−12的特征值λ0，然后在对矩阵A做如下的平移：B=A-λ0I由线性代数(A-PI)x=(λ-p)x可得矩阵B的特征值为：λ1-λ0、λ2-λ0…….λ501-λ0。

对B矩阵采用幂法求出B矩阵按模最大的特征值为λ∗=λ501-λ0，所以λ501=λ∗+λ0，比较λ0与λ501的大小，若λ0>λ501则λ1=λ501，λ501=λ0；若λ0<λ501，则令t=λ501，λ1=λ0，λ501=t。

求矩阵M按模最大的特征值λ的具体算法如下：任取非零向量u0∈R nηk−1=u T(k−1)∗u k−1y k−1=u k−1ηk−1u k=Ay k−1βk=y Tk−1u k(k=1,2,3……)当|βk−βk−1||βk|≤ε=10−12时，迭终终止，并且令λ1=βk2、反幂法计算λs和λik由已知条件可知λs是矩阵A 按模最小的特征值，可以应用反幂法直接求解出λs。

使用带偏移量的反幂法求解λik，其中偏移量为μk=λ1+kλ501−λ140(k=1,2,3…39)，构造矩阵C=A-μk I，矩阵C的特征值为λik−μk，对矩阵C使用反幂法求得按模最小特征值λ0，则有λik=1λ0+μk。

求解矩阵M按模最小特征值的具体算法如下：任取非零向量u 0∈R n ηk−1= u T (k−1)∗u k−1y k−1=u k−1ηk−1 Au k =y k−1βk =y T k−1u k (k=1,2,3……)在反幂法中每一次迭代都要求解线性方程组Au k =y k−1，当K 足够大时，取λn =1βk 。

第一章第二题(1) 截断误差为104-时：k=1;n=0;m=0;x=0;e=1e-4;while k==1x1=x+(-1)^n/(2*n+1);if abs(x-x1)<ey=4*x1;m=n+1;break;endx=x1;k=1;n=n+1;endformat longy,my =3.141792613595791m =5001（2）截断误差为108-时：k=1;n=0;m=0;x=0;e=1e-8;while k==1x1=x+(-1)^n/(2*n+1);if abs(x-x1)<ey=4*x1;m=n+1;break;endx=x1;k=1;n=n+1;endformat longy,my =3.141592673590250m =50000001由以上计算可知，截断误差小于104-时，应取5001项求和，π=3.141792613595791；截断误差小于108-时，应取50000001项求和，π=3.141592673590250。

第二章第二题a=[0 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2];b=[2 5 5 5 5 5 5 5];c=[-2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 0];v=220;r=27;d=[v/r 0 0 0 0 0 0 0];n=8;for i=2:na(i)=a(i)/b(i-1);b(i)=b(i)-c(n-1)*a(i);d(i)=d(i)-a(i)*d(i-1);end;d(n)=d(n)/b(n);for i=n-1:-1:1d(i)=(d(i)-c(i)*d(i+1));end;I=d'I =1.0e+002 *1.490717294184090.704617906351300.311568212434910.128623612390290.049496991380330.017168822994210.004772412363470.00047741598598第三章第一题(1)Jacobi迭代法：b=[12;-27;14;-17;12]x = [0;0;0;0;0;]k = 0;r = 1;e=0.000001A=[10,1,2,3,4;1,9,-1,2,-3;2,-1,7,3,-5;3,2,3,12,-1;4,-3,-5,-1,15;] D = diag(diag(A));B = inv(D)*(D-A);f = inv(D)*b;p = max(abs(eig(B)));if p >= 1'迭代法不收敛'returnendwhile r >ex0 = x;x = B*x0 + f;k = k + 1;r = norm (x-x0,inf);endxk计算结果：x =1.0000-2.00003.0000-2.00001.0000k =65(2) 高斯赛德尔迭代：A=[10,1,2,3,4;1,9,-1,2,-3;2,-1,7,3,-5;3,2,3,12,-1;4,-3,-5,-1,15;]x=[0;0;0;0;0];b=[12;-27;14;-17;12]c=0.000001L=-tril(A,-1)U=-triu(A,1)D=(diag(diag(A)))X=inv(D-L)*U*x+inv(D-L)*b;k=1;while norm(X-x,inf)>= cx=X;X=inv(D-L)*U*x+inv(D-L)*b;k=k+1;endXk计算结果：X =1.0000-2.00003.0000-2.00001.0000k =37(3) SOR：A=[10,1,2,3,4;1,9,-1,2,-3;2,-1,7,3,-5;3,2,3,12,-1;4,-3,-5,-1,15] x=[0;0;0;0;0];b=[12;-27;14;-17;12]e=0.000001w=1.44;L=-tril(A,-1)U=-triu(A,1)D=(diag(diag(A)))X=inv(D-w*L)*((1-w)*D+w*U)*x+w*inv(D-w*L)*bn=1;while norm(X-x,inf)>=ex=X;X=inv(D-w*L)*((1-w)*D+w*U)*x+w*inv(D-w*L)*b;n=n+1;endXn计算结果：X =1.0000-2.00003.0000-2.00001.0000n =22由以上可知，共轭梯度法收敛速度明显快于Jacobi法和G-S法。

第一章（1）按从大到小的顺序计算S的程序为：N#include<stdio.h>void main(){float n,j,s=0;printf("请输入n：");scanf("%f",&n);for(j=2;j<=n;j++)s=s+1/(j*j-1);printf("s=%f\n",s);}(2)按从小到大的顺序计算S的程序为：N#include<stdio.h>void main(){float n,j,s=0;printf("请输入n：");scanf("%f",&n);for(j=n;j>=2;j--)s=s+1/(j*j-1);printf("s=%f\n",s);}(3)精确值，从大到小，从小到大的计算程序为：#include<stdio.h>void main(){float n,j,s1,s2=0,s3=0;printf("请输入n：");scanf("%f",&n);s1=(3.0/2-1/n-1/(n+1))/2;for(j=2;j<=n;j++)s2=s2+1/(j*j-1);for(j=n;j>=2;j--)s3=s3+1/(j*j-1);printf("精确算法的结果为：%f\n",s1);printf("从大到小顺序的结果为：%f\n",s2); printf("从小到大顺序的结果为：%f\n",s3); }结果如下：精确值从大到小的值从小到大的值有效位数从大到小从小到大210S0.740049 0.740049 0.74005 6 5410S0.7499 0.749852 0.7499 4 4610S0.749999 0.749852 0.749999 3 6(4)通过本上机题，我们可以看出：当n较小时，两种算法的结果都很接近精确值，而当n较大时，两种算法的结果差别较大，按从大到小的顺序计算的值与精确值有较大的误差，而按从小到大的顺序计算的值与精确值吻合。

《数值分析》上机作业（第一二三章）学院：电气工程学院班级：电气13级硕士2班教师：石佩虎老师姓名：**学号： ******第一章实验1 舍入误差与有效数设2211NN j S j==-∑，其精确值为1311()221N N --+。

(1) 编制按从大到小的顺序222111 (21311)N S N =+++---，计算N S 的通用程序； (2) 编制按从小到大的顺序222111...1(1)121N S N N =+++----，计算N S 的通用程序； (3) 按两种顺序分别计算210S 、410S 、610S ，并指出有效位数（编制程序时用单精度）； (4) 通过本上机题你明白了什么？解答如下：(1). 按从大到小的顺序计算N S 的通用程序如下所示： n=input('Please Input an N (N>1):'); y=0;accurate=1/2*(3/2-1/n-1/(n+1)); %精确值 for i=2:1:n %从大到小的顺序 x=1/(i^2-1);x=single(x); y=y+x; enderror= accurate-y; format long;disp('____________________________________________________'); disp('The value of Sn from large to small is:'); disp(y);disp('The value of error is:'); disp(error);(2) 编制按从小到大的顺序计算N S 的通用程序如下所示： n=input('Please Input an N (N>1):'); y=0;accurate=1/2*(3/2-1/n-1/(n+1)); for i=n:-1:2 x=1/(i^2-1);x=single(x); y=y+x;enderror= accurate-y; format long;disp('____________________________________________________'); disp('The value of Sn from large to small is:'); disp(y);disp('The value of error is:'); disp(error);(3) 计算结果：按从大到小的顺序计算得：(4)总结：当我们采用不同的计算顺序，对于同一个计算式，会得出不同的结果。

数值分析上机作业2实验一：（1） ①用不动点迭代法求()013=--=x x x f 的根，至少设计两种迭代格式，一个收敛一个发散，1210-=ε。

（2） ②对迭代格式使用Aitken 加速，观察敛散性变化。

1取递推公式31)1(+=x x ，可以得到收敛时的迭代结果为：x=(2)^(1/3); t=1; while(1)if(abs(x-(x+1)^(1/3))<10^-12) break; endx=(x+1)^(1/3);t=t+1;end t xtemp=x^3-x-1 %带回来验证下 t = 16 x =1.324717957243755 temp =-4.225952920933196e-12 加速后代码如下 x=1;x=(x*((x+1)^(1/3)+1)^(1/3)-(x+1)^(2/3))/(x-2*(x+1)^(1/3)+((x+1)^(1/3)+1)^(1/3)) t=1; while(1)if(abs(x-(x*((x+1)^(1/3)+1)^(1/3)-(x+1)^(2/3))/(x-2*(x+1)^(1/3)+((x+1)^(1/3)+1)^(1/3)))<10^-10) break; endx=(x*((x+1)^(1/3)+1)^(1/3)-(x+1)^(2/3))/(x-2*(x+1)^(1/3)+((x+1)^(1/3)+1)^(1/3)); t=t+1; if (t>100000)break; %防止运算次数过多 end endfprintf('需要%d 次',t);输出需要670次>>此处取10^10-=ε，若到10^-12次方则可能需要运行更多次取13-=x x 则迭代发散。

使用aitken 加速计算结果如下 x=2; t=1; while(1)if( abs(x-((x*((x^3-1)^3-1))-(x^3-1)^2)/(x-2*(x^3-1)+(x^3-1)^3-1))<10^-10) break; end t=t+1;x=((x*((x^3-1)^3-1))-(x^3-1)^2)/(x-2*(x^3-1)+(x^3-1)^3-1); if (t>100000)break; %防止运算次数过多 end end t xt = 108x = 1.324717956244172由此可见经过aitken 加速以后，原来发散的迭代格式收敛了。

数值分析上机作业（1、2、3、4、6章）第一章17. 舍入误差与有效数设2211NN j S j ==-∑，其精确值为1311221N N ⎛⎫-- ⎪+⎝⎭。

（1）编制按从大到小的顺序22211121311N S N =+++---，计算N S 的通用程序； （2）编制按从小到大的顺序2221111(1)121N S N N =+++----，计算N S 的通用程序；（3）按两种顺序分别计算210S ，410S ，610S ，并指出有效位数（编制程序时使用单精度）；（4）通过本上机题你明白了什么？运行结果：按从大到小的顺序计算得：N N S误差e有效位数2⨯8 100.7400495 94.95049501392230710-4⨯ 4 100.7498521 54.79049995000258010-6⨯ 3 100.7498521 41.46900000499994310-按从小到大的顺序计算得：N N S误差e有效位数2⨯84.95049501392230710-100.7400495 944.99950003618465610-⨯8 100.7499000 965.00044450291170510-⨯11 100.7499990 13（4）通过本题可以看出，不同算法造成的误差是不同的，好的算法可以让计算结果精度更高。

对于本题，当采用从大到小的顺序累加计算时，计算误差随着N的增大而增大；当采用从小到大的顺序累加计算时，计算误差随着N的增大而减小。

因此在N比较大时宜采用从小到达的顺序累加计算。

第二章20.Newton 迭代法（1）给定初值0x 及容许误差ε，编制Newton 法解方程()0f x =根的通用程序；（2）给定方程3()03x f x x =-=，易知其有三个根*1x =，*20x =，*3x =①由Newton 方法的局部收敛性可知存在0δ>，当0(,)x δδ∈-时Newton 迭代序列收敛于根*2x ，试确定尽可能大的δ；②试取若干初始值，观察当0(,1)x ∈-∞-，(1,)δ--，(,)δδ-，(,1)δ，(1,)+∞时Newton 序列是否收敛以及收敛于哪一个根；（3）通过本上机题，你明白了什么？本实验取610ε-=，找到的最大的0.774597δ=②当0(,1)x ∈-∞-时，计算结果如下：x0 xend -1000 -1.732051 -500 -1.732051 -100 -1.732051 -10 -1.732051 -1.5-1.732051Newton 序列收敛于-1.732051当0(1,)xδ∈--时，计算结果如下：x0 xend-0.95 1.732051-0.90 1.732051-0.85 1.732051-0.80 -1.732051-0.78 -1.732051 Newton序列收敛于1.732051或-1.732051当0(,)xδδ∈-时，计算结果如下：x0 xend-0.77 0.000000-0.5 0.000000-0.1 0.0000000.3 0.0000000.77 0.000000 Newton序列收敛于0当0(,1)xδ∈时，计算结果如下：x0 xend0.78 1.7320510.80 1.7320510.85 -1.7320510.90 -1.7320510.95 -1.732051 Newton序列收敛于1.732051或-1.732051当0(1,)x∈+∞时，计算结果如下：x0 xend1.5 1.73205110 1.732051100 1.732051500 1.7320511000 1.732051Newton序列收敛于1.732051（3）通过本题发现，Newton迭代法解方程初始值的选取非常重要，不同的初始值会收敛于方程不同的根，且有些区间是全局收敛，有些区间是局部收敛。

姓名：黄金金 学号：220112244指导老师：江风习题1舍入误差与有效数 设∑=-=N j N j S 2211，其精确值为)11123(21+--N N 。

（1）编制按从小到大的顺序11131121222-+⋅⋅⋅+-+-=N S N ，计算N S 的通用程序。

（2）编制按从大到小的顺序1211)1(111222-+⋅⋅⋅+--+-=N N S N ，计算N S 的通用程序。

（3）按两种顺序分别计算642101010,,S S S ，并指出有效位数。

（编制程序时用单精度）（4）通过本上机题，你明白了什么？c++代码：#include <iostream.h>#include <fstream.h>void main(){float S1,S2,S=0.0，N,j;fstream myfile; //定义文件myfile.open("chap0.txt",ios::in|ios::out);for (int i=0;i<3;i++){do //读入三组数据{cout<<"请输入N 值:";cin>>N;cout<<endl;myfile<<"当N = "<<N<<" 时"<<endl<<endl;}while (N<2);S=(float) ((1.5-(1.0/N)-(1.0/(N+1)))/2);myfile<<"精确值S=:"<<S<<endl<<endl;S1=0.0;S2=0.0;for (j=2;j<=N;j++) S1=S1+(float) (1.0/(j*j-1.0));for (j=N;j>=2;j--) S2=S2+(float) (1.0/(j*j-1.0));myfile<<"按从大到小的顺序求和结果S1=:"<<S1<<endl<<endl;myfile<<"按从小到大的顺序求和结果S2=:"<<S2<<endl<<endl;}myfile.close();}输出结果：当N = 100 时精确值S=:0.740049按从大到小的顺序求和结果S1=:0.740049 有效位数6按从小到大的顺序求和结果S2=:0.74005 有效位数5当N = 10000时精确值S=:0.7499按从大到小的顺序求和结果S1=:0.749852 有效位数 4按从小到大的顺序求和结果S2=:0.7499 有效位数 4当N =1000000时精确值S=:0.749999按从大到小的顺序求和结果S1=:0.749852 有效位数 4按从小到大的顺序求和结果S2=:0.749999 有效位数 6体会：通过本题，我认识到了舍入误差对计算结果的影响，所以必须选择合适的计算方法，尽量减少这种误差的影响。

数值分析上机作业姓名：唐皓学号：142460专业：道路与铁道工程院系：交通学院授课教师：吴宏伟日期：2015年1月习题一1 题目17．（上机题）舍入误差与有效数 设2211NN j S j ==-∑，其精确值为1311221N N ⎛⎫-- ⎪+⎝⎭。

（1）编制按从大到小的顺序22211121311N S N =+++---，计算N S 的通用程序； （2）编制按从小到大的顺序2221111(1)121N S N N =+++----，计算N S 的通用程序； （3）按两种顺序分别计算210S ，410S ，610S ，并指出有效位数。

（编制程序时用单精度）；（4）通过本上机题你明白了什么？2 通用程序代码2.1 按从小到大的顺序计算N Svoid AscendSum(unsigned long int N)// 计算从大到小的总和 {for (unsigned long int j=2;j<=N;j++) ascendSum+=(float )1.0/(j*j-1);cout<<"Sum From 1 to N (Ascend) is: "<<ascendSum<<endl; Error(ascendSum); Delimiter();} 2.2 按从大到小的顺序计算N Svoid DescendSum(unsigned long int N)//计算从小到大的总和 {for (unsigned long int j=N;j>=2;j--) descendSum+=(float )1.0/(j*j-1);cout<<"Sum From N to 1 (Descend) is: "<<descendSum<<endl; Error(descendSum); Delimiter();}3计算结果展示图1 N=100时的计算结果图2 N=10000时的计算结果图3 N=1000000时的计算结果表1-1 计算结果汇总N S 精确值按从小到大按从大到小N S 值有效位数 N S 值有效位数210S 0.7400494814 0.7400494814 10 0.740049541 6 410S 0.7498999834 0.7498521209 4 0.7498999834 10 610S0.74999898670.75185602920.752992510824 计算结果分析（1）如果采用单精度数据结构进行计算，则相较于双精度的数据结果，由于数据存储字长的限制导致计算机存在较大的舍入误差，因此本程序采用的是双精度数据存储方式。

《数值分析》第1次上机作业姓名：学号：2015.11.051 算法设计思路和方案因为题目只要求求解部分特征值，及最大的特征值和最小的特征值以及距离某些给定实数最近的特征值，而矩阵A 是实对称矩阵，所有特征值均为实数，故我们可以用幂法和反幂法结合适当的平移量求解。

1.1 算法分析1.1.1 幂法求解1λ，501λ我们知道幂法适用于求解矩阵 A 的绝对值最大的特征值，设矩阵A 的特征值为12n λλλ≥≥≥。

对于情况12λλ>，幂法是适用的，并可以求出特征值1λ。

然而对于12=λλ时，幂法只对12λλ=适用（即当绝对值最大的特征值是重根的情况，幂法是适用的）；对于12λλ=-，绝对值最大的特征值为互为相反数的情况并不适用。

所以在用幂法求解1λ、501λ时，我们分两种情况讨论。

（1）1501λλ≠-此时，由于12501λλλ≤≤≤，我们知道矩阵A 绝对值最大的特征值必然为1λ、501λ中的一个，而且幂法适用，通过幂法迭代一定次数后就可以得到满足精度要求的特征值λ。

这时对A 做平移B A I λ=-，然后对矩阵B 用幂法。

由线性代数可知，矩阵B 的特征值为1λλ-，2λλ-，⋯，501λλ-。

若1λλ=，则有125010λλλλλλ=-≤-≤≤-，对B 用幂法即可求出其绝对值最大的特征值501'λλλ=-，随即可以得到A 的特征值501'λλλ=+。

对于另外一种情况501λλ=，则有125010λλλλλλ-≤-≤≤-=，对B 用幂法即可求出其绝对值最大的特征值1'λλλ=-，同样随即可以得到A 的特征值1'λλλ=+。

综上，对于1501λλ≠-，只需要对A 用幂法即可得到A 的绝对值最大的特征值λ，然后做平移B A I λ=-，对B 用幂法即可求出其绝对值最大的特征值'λ，那么有{}{}1501,',λλλλλ+=。

（2）1501λλ=-这种情况不能直接对矩阵A 使用幂法。

1.用两种方法解sin 5cos 20.31x x +=-，如何一次求出此方程的四个根。

解：方法一：在Ｍatlab 命令窗口输入命令x=solve('sin(5*x)+cos(2*x)=-0.31')运行后输出结果：x =- 0.36685340479904406504913603551901 - 0.089925518994485866153169602644131*i 方法二：在Matlab 命令窗口输入命令E1=sym('sin(5*x)+cos(2*x)=-0.31');[x1]=solve(E1)运行后输出结果：x1 =- 0.36685340479904406504913603551901 - 0.089925518994485866153169602644131*i ２.用三种方法解方程11852912312x x x x -+-=。

解：方法一：在Ｍatlab 命令窗口输入命令x=solve('9*x^11-12*x^8+x^5-3*x^2=12')运行后输出结果：x =1.1945355092112803561808169303487 - 0.25878939596021341127295614138703 + 0.98996423045277565907337492165509*i - 0.91081125361412082546165956220494 + 0.34557668006489020731472236114125*i - 0.6567748898900820562684890790666 - 0.94093805304063227438930031737768*i - 0.6567748898900820562684890790666 + 0.94093805304063227438930031737768*i 0.34695114229720670305614226506505 + 0.85428006847946699100354057810685*i - 0.25878939596021341127295614138703 - 0.98996423045277565907337492165509*i 0.88215664256156941185655405241917 + 0.47468310614563172153151897912015*i 0.34695114229720670305614226506505 - 0.85428006847946699100354057810685*i 0.88215664256156941185655405241917 - 0.47468310614563172153151897912015*i - 0.91081125361412082546165956220494 - 0.34557668006489020731472236114125*i 方法二：在Ｍatlab 命令窗口输入命令fa=[9,0,0,-12,0,0,1,0,0,-3,0,-12];xk=roots(fa)运行后输出结果：xk =-0.9108 + 0.3456i-0.9108 - 0.3456i-0.6568 + 0.9409i-0.6568 - 0.9409i-0.2588 + 0.9900i-0.2588 - 0.9900i1.1945 + 0.0000i0.8822 + 0.4747i0.8822 - 0.4747i0.3470 + 0.8543i0.3470 - 0.8543i方法三：在Ｍatlab命令窗口输入命令E1=sym('9*x^11-12*x^8+x^5-3*x^2-12=0'); [x1]=solve(E1)运行后输出结果：x1 =1.1945355092112803561808169303487 - 0.25878939596021341127295614138703 + 0.98996423045277565907337492165509*i - 0.91081125361412082546165956220494 + 0.34557668006489020731472236114125*i - 0.6567748898900820562684890790666 - 0.94093805304063227438930031737768*i - 0.6567748898900820562684890790666 + 0.94093805304063227438930031737768*i 0.34695114229720670305614226506505 + 0.85428006847946699100354057810685*i - 0.25878939596021341127295614138703 - 0.98996423045277565907337492165509*i 0.88215664256156941185655405241917 + 0.47468310614563172153151897912015*i 0.34695114229720670305614226506505 - 0.85428006847946699100354057810685*i 0.88215664256156941185655405241917 - 0.47468310614563172153151897912015*i - 0.91081125361412082546165956220494 - 0.34557668006489020731472236114125*３ 用MATLAB 方法求函数11852()912312f x x x x x =-+--的导数'()f x 。

一、数值求解如下正方形域上的Poisson 方程边值问题 2222(,)1,0,1(0,)(1,)(1),01(,0)(,1)0,01u u f x y x y x y u y u y y y y u x u x x ⎧⎛⎫∂∂-+==<<⎪ ⎪∂∂⎪⎝⎭⎨==-≤≤⎪⎪==≤≤⎩二、用椭圆型第一边值问题的五点差分格式得到线性方程组为2,1,1,,1,10,1,,0,141,?,?,?,?0,1i j i j i j i j i j ijj N j i i N u u u u u h f i j N u u u u i j N -+-+++----=≤≤====≤≤+， 写成矩阵形式Au=f 。

其中1．三 、编写求解线性方程组Au=f 的算法程序, 用下列方法编程计算, 并比较计算速度。

2．用Jacobi 迭代法求解线性方程组Au=f 。

3．用块Jacobi 迭代法求解线性方程组Au=f 。

4． 用SOR 迭代法求解线性方程组Au=f,用试算法确定最佳松弛因子。

1122N N v b v b u f v b ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭4114114ii A -⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪- ⎪-⎝⎭11,12,1,121,22,2,21,2,,2211,12,1,121,22,2,221,2,,(,,...,),(,,...,),......,(,,...,)(,,...,)?,(,,...,)?,......,(,,...,)?1,999,0.10.011T T N N TN N N N N T T N N T N N N N N v u u u v u u u v u u u b h f f f b h f f f b h f f f h N h N ====+=+=+===+取或则或,1,,1,2,...,i j f i j N== 1122NN A I I A A I I A -⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪- ⎪-⎝⎭5．用块SOR 迭代法求解线性方程组Au=f,用试算法确定最佳松弛因子。

一. 上机作业任务一： 用五点差分格式求解Poisson 方程边值问题，P124-------3、4（任选一题）。

二. 上机作业任务二：用Simpson 求积法计算定积分()baf x dx ⎰。

下面两种方法任选一。

（1）变步长复化Simpson 求积法。

（2）自适应Simpson 求积法三. 上机作业任务三：用MATLAB 语言编写连续函数最佳平方逼近的算法程序（函数式M 文件）。

要求算法程序可以适应不同的具体函数，具有一定的通用性。

并用此程序进行数值试验，写出计算实习报告。

所编程序具有以下功能：1. 用Lengendre 多项式做基，并适合于构造任意次数的最佳平方逼近多项式。

可利用递推关系 0112()1,()()(21)()(1)()/2,3,.....n n n P x P x xP x n xP x n P x n n --===---⎡⎤⎣⎦=2. 被逼近函数f(x)用M 文件建立数学函数。

这样，此程序可通过修改建立数学函数的M 文件以适用不同的被逼近函数（要学会用函数句柄）。

3. 要考虑一般的情况]1,1[],[)(+-≠∈b a x f 。

因此，程序中要有变量代换的功能。

4. 计算组合系数时，计算函数的积分采用数值积分的方法。

5. 程序中应包括帮助文本和必要的注释语句。

另外，程序中也要有必要的反馈信息。

6. 程序输入：（1）待求的被逼近函数值的数据点0x (可以是一个数值或向量)（2）区间端点：a,b 。

7. 程序输出：（1）拟合系数：012,,,...,n c c c c（2）待求的被逼近函数值00001102200()()()()()n n s x c P x c P x c P x c P x =++++ 8． 试验函数：()cos ,[0,4]f x x x x =∈+；也可自选其它的试验函数。

9． 用所编程序直接进行计算，检测程序的正确性，并理解算法。

10． 分别求二次、三次、。

数值计算方法上机题目11、实验1. 病态问题实验目的：算法有“优”与“劣”之分，问题也有“好”和“坏”之别。

所谓坏问题就是问题本身的解对数据变化的比较敏感，反之属于好问题。

希望读者通过本实验对此有一个初步的体会。

数值分析的大部分研究课题中，如线性代数方程组、矩阵特征值问题、非线性方程及方程组等都存在病态的问题。

病态问题要通过研究和构造特殊的算法来解决，当然一般要付出一些代价（如耗用更多的机器时间、占用更多的存储空间等）。

问题提出：考虑一个高次的代数多项式∏=-=---=201)()20)...(2)(1()(k k x x x x x p （E1-1）显然该多项式的全部根为l ，2，…，20，共计20个，且每个根都是单重的（也称为简单的）。

现考虑该多项式方程的一个扰动0)(19=+xx p ε (E1-2)其中ε是一个非常小的数。

这相当于是对（E1-1）中19x 的系数作一个小的扰动。

我们希望比较（E1-1）和（E1-2）根的差别，从而分析方程（E1-1）的解对扰动的敏感性。

实验内容：为了实现方便，我们先介绍两个 Matlab 函数：“roots ”和“poly ”，输入函数u ＝roots （a ）其中若变量a 存储1+n 维的向量，则该函数的输出u 为一个n 维的向量。

设a 的元素依次为121,...,,+n a a a ，则输出u 的各分量是多项式方程0...1121=++++-n n n n a x a x a x a的全部根，而函数b=poly(v)的输出b 是一个n ＋1维变量，它是以n 维变量v 的各分量为根的多项式的系数。

可见“roots ”和“Poly ”是两个互逆的运算函数.ve=zeros(1,21); ve(2)=ess;roots(poly(1:20))+ve)上述简单的Matlab 程序便得到（E1-2）的全部根，程序中的“ess ”即是（E1-2）中的ε。

实验要求：（1）选择充分小的ess ，反复进行上述实验，记录结果的变化并分析它们。