数值计算方法A卷标准答案样本
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《计算方法》期中复习试题一、填空题:1、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⎰≈31_________)(dx x f ,用三点式求得≈')1(f 。
答案:2.367,0.252、1)3(,2)2(,1)1(==-=f f f ,则过这三点的二次插值多项式中2x 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 L3、近似值*0.231x =关于真值229.0=x 有( 2 )位有效数字;4、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 '---=+5、对1)(3++=x x x f ,差商=]3,2,1,0[f ( 1 ),=]4,3,2,1,0[f ( 0 );6、计算方法主要研究( 截断 )误差和( 舍入 )误差;7、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( 12+-n a b );8、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⎰1d )(xx f ≈(⎰++-≈1)]3213()3213([21d )(f f x x f ),代数精度为( 5 );12、 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+ 。
13、 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 。
-*+ 密 封 线2019-2020学年 第 1学 期 数值分析(A ) 答案一、填空题(每空2分,共10分)1. 模型误差、测量误差、截断误差、舍入误差2. ()010()[,,,],!n n n f f x x x x x n ξξ=K 其中介于、之间。
3. 2n+14. 213123k k k k k x x x x x +++=−+5. 8二 简答题(10分)1. 有效数字各有 6位、3位、5位;误差限为0.00005、0.00005、0.5. ……….4分2.112222ππ解:令f(x)=2x-sinx-2,则f(x)在[,]连续,且f()<0,f()>0,且 f'(x)=2-cosx>0,所以有唯一根。
…….3分1*1sin 1.211()sin 12221()|'()|<1,22122|'()|01k x x x x x x x πϕπϕϕπϕ+=+=+≤≤≠建立迭代格式:由于在区间[,]满足,所以,迭代格式对任意初值属于[,]都收敛。
因为,所以阶收敛。
……….6分三、计算题(共20分)1.(10分)注:本题中误差限可以适当放松。
30011223332()()()()()(0)(1)(2)(1)(1)(2)0(1)(10)(11)(12)(01)(01)(02)(1)(0)(2)(1)(0)(1)215(11)(10)(12)(21)(20)(21)21L x l x y l x y l x y l x y x x x x x x x x x x x x x x =+++---+--=??------+--+--+--+??+--+--=+-………………………….5分001001201012301232()()[,]()[,,]()()[,,,]()()()0(1)(1)2(1)(0)(1)(0)(1)1N x f x f x x x x f x x x x x x x f x x x x x x x x x x x x x x x x x x =+-+--+---=+--+--+---=+-…………………………10分 2. (10分)令所要求的多项式为1()p x a bx =+,取()()011,x x x ϕϕ==,计算()1000,11dx ϕϕ==⎰,()10101,2xdx ϕϕ==⎰,()121101,3x dx ϕϕ==⎰,()100,x f e dx e ϕ==⎰,()110,e 1x f x dx ϕ==⎰……………………………………………………………….…….5’得法方程组1e 211123a b a b ⎧+=⎪⎪⎨⎪+=⎪⎩…………………………………….7’解之,得: 4.87, 4.31a b ==−,于是得一次最佳平方逼近多项式为1() 4.87 4.31.p x x =−.………………………………………………………………………….10’四、计算题(共30分)1. (10分)()a(()4()())62bb a a bf x dx f a f f b −+++⎰的辛普森公式:验证代数精度: 取f (x ) = 1, 有:左边=()baf x dx b a =−⎰=右边;取f (x ) = x , 有:左边=()221()2baf x dx b a =−⎰=右边;……………(4分) 取2()f x x = ,有:左边=()331()3baf x dx b a =−⎰=右边; 取3()f x x = ,有:左边=()441()4baf x dx b a =−⎰= 右边;当4()f x x = ,左边=()441()4baf x dx b a =−≠⎰右边;…………(8分)故公式对4()f x x =不精确成立,其代数精度为4;…………………………………………(10分)2.(10分)解:{}1max 83,78A ==, (2分){}max 54,99A ∞==, (4分)111213212223212133100212100=013,100612u u u A LU l u u l l u ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦………………………(6分)121201,013.3212⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥−⎣⎦⎣⎦所以,L=U=………………………(10分)3. (10分)由题意可知,()()2014,1,1,,1i m n x x x ϕϕω=====()4000,15i ϕϕ===∑,,()()4201100,,5327i x ϕϕϕϕ====∑,()44110,7277699i x ϕϕ===∑,()()400,271.4i i f f x ϕ===∑,()()4210,369321.5i i f f x x ϕ===∑…………(4分)可得55327271.453277277699369321.5a b ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭解得0.050.97a b =⎧⎨=⎩故此多项式为20.050.97y x =+…………………………………………………………(10分) ’五、计算题(10分)方程组的Gauss-Seidel 迭代格式为(1)()()123(1)(1)21(1)(1)31522(1)/3(22)/7k k k k k k k x x x x x x x +++++⎧=++⎪=−+⎨⎪=−⎩(5分) 其迭代矩阵为10221022221300033207044077G B −⎡⎤−−⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=−=−⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦−⎢⎥⎣⎦(8分) 其特征方程为32223021260207λλλλλλλ−−=−= 解之得123260,21λλλ===谱半径26()121G B ρ=>,故迭代发散。
一. 填空题(每空2分,共34分)1. 设 *2.40315x = 是真值 2.40194x =的近似值,则 *x 有 3 位有效数字。
2.求方程c ox x =根的牛顿迭代格式是1c o s _____________1s inkkk kkx x xx x+-=-+。
3. 迭代法12213k k kx x x +=+收敛于*__________x=,此迭代格式是__2__阶收敛的。
5. 形如 0()()nbk k a k f x dx A f x =≈∑⎰的插值型求积公式, 其代数精度至少可达_________n 次,至多可达___21______n +次。
6. 向量 (3,2)TX =-,, 矩阵7231A -⎛⎫=⎪-⎝⎭,则=1AX___36____,Cond ()___90_____A ∞=。
7.对矩阵A 作如下的LU 分解:⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=601032211012001542774322b aA ,则 ___2____a =,___3____b =8. 设100aA b ⎛⎫=⎪⎝⎭,要使lim 0kk A →∞=,a 与b 应满足 ___1,1____a b <<。
10. 设(0,1,2,3,4,5)i x i =为互异节点,()i l x 为对应的5次Lagrange 插值基函数,则5540((ln 2)1)()i i i i x x l x =++∑=54__(ln 2)1_________x x ++二. (12分)设函数)(x f 在区间[0,2]上具有四阶连续导数,试求满足下列插值条件的一个次数不超过3的插值多项式)(x H ,并写出其余项()()()R x f x H x =- 的表达式解:2()(0)[0,1]()[0,1,2]()(1)N x f f x f x x =++-213(1)321x x x x x =++-=-+ (5分)2()()(1)(2)H x N x ax x x =+--'()62(1)(2)43x H x x a x x a ==-+--== (8分)2232()3213(1)(2)3641H x x x x x x x x x =-++--=-++ (10分)令)()()(x H x f x R -=,作辅助函数2()()()()(1)(2)g t f t H t k x t t t =----则)(t g 在]3,0[上也具有4阶连续导数且至少有4个零点:21,0,,x t = 反复利用罗尔定理可得:!4)()()4(ξfx k =,)0)(()4(=ξg所以(4)2()()(1)(2)4!fR x x x x ξ=--(12分)三.(12分) 求积公式 1'0100()(0)(1)(0),f x dx A f A f B f ≈++⎰ 又知其误差余项为'''(),[0,1]R kf ξξ=∈。
《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:⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=15561415014115401411A 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⎰≈31_________)(dx x f ,用三点式求得≈')1(f 。
答案:2.367,0.253、1)3(,2)2(,1)1(==-=f f f ,则过这三点的二次插值多项式中2x 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 L4、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( 12+-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 hy 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⎰1d )(xx f ≈(⎰++-≈1)]3213()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)。
数值计算方法试题一一、 填空题(每空1分,共17分) 1、如果用二分法求方程043=-+x x 在区间]2,1[内的根精确到三位小数,需对分( )次。
2、迭代格式)2(21-+=+k k k x x x α局部收敛的充分条件就是α取值在( )。
3、已知⎪⎩⎪⎨⎧≤≤+-+-+-≤≤=31)1()1()1(2110)(233x c x b x a x x x x S 就是三次样条函数,则a =( ),b =( ),c =( )。
4、)(,),(),(10x l x l x l n Λ就是以整数点n x x x ,,,10Λ为节点的Lagrange 插值基函数,则∑==nk kx l0)(( ),∑==nk k jk x lx 0)(( ),当2≥n 时=++∑=)()3(204x l x xk k n k k( )。
5、设1326)(247+++=x x x x f 与节点,,2,1,0,2/Λ==k k x k 则=],,,[10n x x x f Λ 与=∆07f。
6、5个节点的牛顿-柯特斯求积公式的代数精度为 ,5个节点的求积公式最高代数精度为 。
7、{}∞=0)(k kx ϕ就是区间]1,0[上权函数x x =)(ρ的最高项系数为1的正交多项式族,其中1)(0=x ϕ,则⎰=14)(dx x x ϕ 。
8、给定方程组⎩⎨⎧=+-=-221121b x ax b ax x ,a 为实数,当a 满足 ,且20<<ω时,SOR 迭代法收敛。
9、解初值问题00(,)()y f x y y x y '=⎧⎨=⎩的改进欧拉法⎪⎩⎪⎨⎧++=+=++++)],(),([2),(]0[111]0[1n n n n n n n n n n y x f y x f h y y y x hf y y 就是阶方法。
10、设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=11001a a a a A ,当∈a ( )时,必有分解式T LL A =,其中L为下三角阵,当其对角线元素)3,2,1(=i l ii 满足( )条件时,这种分解就是唯一的。
1数值计算方法习题一(2)习题二(6)习题三(15)习题四(29)习题五(37)习题六(62)习题七(70)2009.9,92习题一1.设x>0相对误差为2%,4x的相对误差。
解:由自变量的误差对函数值引起误差的公式:(())(())'()()()()f x xf x f x xf x f xδδ∆=≈得(1)()f x=11()()*2%1%22x xδδδ≈===;(2)4()f x x=时444()()'()4()4*2%8%xx x x xxδδδ≈===2.设下面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,试指出他们各有几位有效数字。
(1)12.1x =;(2)12.10x =;(3)12.100x =。
解:由教材9P关于1212.m nx a a a bb b=±型数的有效数字的结论,易得上面三个数的有效数字位数分别为:3,4,53.用十进制四位浮点数计算(1)31.97+2.456+0.1352;(2)31.97+(2.456+0.1352)哪个较精确?解:(1)31.97+2.456+0.1352≈21((0.3197100.245610)0.1352)fl fl⨯+⨯+=2(0.3443100.1352)fl⨯+=0.3457210⨯(2)31.97+(2.456+0.1352)21(0.319710(0.245610))fl fl≈⨯+⨯= 21(0.3197100.259110)fl⨯+⨯=0.3456210⨯易见31.97+2.456+0.1352=0.345612210⨯,故(2)的计算结果较精确。
4.计算正方形面积时,若要求面积的允许相对误差为1%,测量边长所允许的相对误差限为多少?3解:设该正方形的边长为x,面积为2()f x x=,由(())(())'()()()()f x xf x f x xf x f xδδ∆=≈解得(())()()'()f x f xxxf xδδ≈=2(())(())22f x x f xx xδδ==0.5%5.下面计算y的公式哪个算得准确些?为什么?(1)已知1x<<,(A)11121xyx x-=-++,(B)22(12)(1)xyx x=++;(2)已知1x>>,(A)y=,(B)y=;(3)已知1x<<,(A)22sin xyx=,(B)1cos2xyx-=;(4)(A)9y=(B)y=解:当两个同(异)号相近数相减(加)时,相对误差可能很大,会严重丧失有效数字;当两个数相乘(除)时,大因子(小除数)可能使积(商)的绝对值误差增大许多。
数值计算方法答案(总71页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--数值计算方法习题一(2)习题二(6)习题三(15)习题四(29)习题五(37)习题六(62)习题七(70)2009.9,9习题一1.设x >0相对误差为2%4x 的相对误差。
解:由自变量的误差对函数值引起误差的公式:(())(())'()()()()f x xf x f x x f x f x δδ∆=≈得(1)()f x =11()()*2%1%22x x δδδ≈===;(2)4()f x x =时444()()'()4()4*2%8%x x x x x xδδδ≈===2.设下面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,试指出他们各有几位有效数字。
(1)12.1x =;(2)12.10x =;(3)12.100x =。
解:由教材9P 关于1212.m nx a a a bb b =±型数的有效数字的结论,易得上面三个数的有效数字位数分别为:3,4,53.用十进制四位浮点数计算 (1)++; (2)+(+)哪个较精确 解:(1)++ ≈21((0.3197100.245610)0.1352)fl fl ⨯+⨯+=2(0.3443100.1352)fl ⨯+ =210⨯ (2)+(+) 21(0.319710(0.245610))fl fl ≈⨯+⨯= 21(0.3197100.259110)fl ⨯+⨯=210⨯易见++=210⨯,故(2)的计算结果较精确。
4.计算正方形面积时,若要求面积的允许相对误差为1%,测量边长所允许的相对误差限为多少解:设该正方形的边长为x ,面积为2()f x x =,由(())(())'()()()()f x xf x f x x f x f x δδ∆=≈解得(())()()'()f x f x x xf x δδ≈=2(())(())22f x x f x x xδδ==%5.下面计算y 的公式哪个算得准确些为什么(1)已知1x <<,(A )11121xy x x -=-++,(B )22(12)(1)x y x x =++; (2)已知1x >>,(A )y=,(B )y = (3)已知1x <<,(A )22sin x y x=,(B )1cos 2xy x -=;(4)(A)9y =B )y =解:当两个同(异)号相近数相减(加)时,相对误差可能很大,会严重丧失有效数字;当两个数相乘(除)时,大因子(小除数)可能使积(商)的绝对值误差增大许多。
数值计算方法习题一(2)习题二(6)习题三(15)习题四(29)习题五(37)习题六(62)习题七(70)2009.9,9习题一1.设x >0相对误差为2%,4x 的相对误差。
解:由自变量的误差对函数值引起误差的公式:(())(())'()()()()f x xf x f x x f x f x δδ∆=≈得(1)()f x =11()()*2%1%22x x δδδ≈===;(2)4()f x x =时444()()'()4()4*2%8%x x x x x x δδδ≈===2.设下面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,试指出他们各有几位有效数字。
(1)12.1x =;(2)12.10x =;(3)12.100x =。
解:由教材9P 关于1212.m nx a a a bb b =±型数的有效数字的结论,易得上面三个数的有效数字位数分别为:3,4,53.用十进制四位浮点数计算 (1)31.97+2.456+0.1352; (2)31.97+(2.456+0.1352)哪个较精确?解:(1)31.97+2.456+0.1352 ≈21((0.3197100.245610)0.1352)fl fl ⨯+⨯+ =2(0.3443100.1352)fl ⨯+=0.3457210⨯(2)31.97+(2.456+0.1352)21(0.319710(0.245610))fl fl ≈⨯+⨯ = 21(0.3197100.259110)fl ⨯+⨯ =0.3456210⨯易见31.97+2.456+0.1352=0.345612210⨯,故(2)的计算结果较精确。
4.计算正方形面积时,若要求面积的允许相对误差为1%,测量边长所允许的相对误差限为多少?解:设该正方形的边长为x ,面积为2()f x x =,由(())(())'()()()()f x xf x f x x f x f x δδ∆=≈解得(())()()'()f x f x x xf x δδ≈=2(())(())22f x x f x x xδδ==0.5%5.下面计算y 的公式哪个算得准确些?为什么?(1)已知1x <<,(A )11121xy x x-=-++,(B )22(12)(1)x y x x =++; (2)已知1x >>,(A)y =,(B)y = (3)已知1x <<,(A )22sin x y x =,(B )1cos 2xy x-=;(4)(A)9y =(B)y =解:当两个同(异)号相近数相减(加)时,相对误差可能很大,会严重丧失有效数字;当两个数相乘(除)时,大因子(小除数)可能使积(商)的绝对值误差增大许多。
《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:⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=15561415014115401411A 3、1)3(,2)2(,1)1(==-=f f f ,则过这三点的二次插值多项式中2x 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 L4、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(12+-n a b ); 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、 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)。
12、 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+。
13、 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。
数值计算方法习题一(2)习题二(6)习题三(15)习题四(29)习题五(37)习题六(62)习题七(70)2009.9,9习题一1.设x >0相对误差为2%4x 的相对误差。
解:由自变量的误差对函数值引起误差的公式:(())(())'()()()()f x xf x f x x f x f x δδ∆=≈得(1)()f x =11()()*2%1%22x x δδδ≈===;(2)4()f x x =时444()()'()4()4*2%8%x x x x x xδδδ≈===2.设下面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,试指出他们各有几位有效数字。
(1)12.1x =;(2)12.10x =;(3)12.100x =。
解:由教材9P 关于1212.m nx a a a bb b =±型数的有效数字的结论,易得上面三个数的有效数字位数分别为:3,4,53.用十进制四位浮点数计算 (1)++; (2)+(+)哪个较精确 解:(1)++ ≈21((0.3197100.245610)0.1352)fl fl ⨯+⨯+=2(0.3443100.1352)fl ⨯+=210⨯(2)+(+)21(0.319710(0.245610))fl fl ≈⨯+⨯ = 21(0.3197100.259110)fl ⨯+⨯ =210⨯易见++=210⨯,故(2)的计算结果较精确。
4.计算正方形面积时,若要求面积的允许相对误差为1%,测量边长所允许的相对误差限为多少解:设该正方形的边长为x ,面积为2()f x x =,由(())(())'()()()()f x xf x f x x f x f x δδ∆=≈解得(())()()'()f x f x x xf x δδ≈=2(())(())22f x x f x x xδδ==%5.下面计算y 的公式哪个算得准确些为什么(1)已知1x <<,(A )11121xy x x-=-++,(B )22(12)(1)x y x x =++; (2)已知1x>>,(A )y=,(B )y = (3)已知1x <<,(A )22sin x y x =,(B )1cos2xy x-=;(4)(A)9y =-(B )y =解:当两个同(异)号相近数相减(加)时,相对误差可能很大,会严重丧失有效数字;当两个数相乘(除)时,大因子(小除数)可能使积(商)的绝对值误差增大许多。
《数值计算方法》试题集及答案(1-6)2《计算方法》期中复习试题一、填空题:1、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?≈31_________)(dx x f ,用三点式求得≈')1(f 。
答案:2.367,0.252、(f 34答案567; 811、 (5);12、为了使计算32)1()1(110---+-+=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+。
13、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。
14、计算积分?15.0d xx ,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。
15、设46)2(,16)1(,0)0(===f f f ,则=)(1x l )2()(1--=x x x l ,)(x f 的二次牛顿插值多项式为)1(716)(2-+=x x x x N 。
16、≈bnx f A x x f )(d )(1)次代数17、18、1920a =(3 21、0l ∑=nk kl(2223 2410次。
25a=3,b=-3,c=126、若用复化梯形公式计算?0dxe x ,要求误差不超过610-,利用余项公式估计,至少用477个求积节点。
27、若4321()f x x x =++,则差商2481632[,,,,]f =3。
28、数值积分公式11218019()[()()()]f x dx f f f -'≈-++?的代数精度为2。
选择题1、三点的高斯求积公式的代数精度为(B)。
一. 填空题( 每空2分, 共34分)
1. 设 *
2.40315x = 是真值 2.40194x =的近似值, 则 *x 有 3 位有效数字。
2.求方程cos x x =根的牛顿迭代格式是1
cos _____________1sin k k
k k
k
x x x
x x +-=-+。
3. 迭代法1221
3k k k
x x x +=
+
收敛于*__x =, 此迭代格式是__2__阶收敛的。
5. 形如 0
()()n
b
k k a
k f x dx A f x =≈∑⎰ 的插值型求积公式, 其代数精度至少可
达_________n 次, 至多可达___21______n +次。
6. 向量 (3,2)T X =-, , 矩阵 7231A -⎛⎫
= ⎪-⎝⎭, 则
=1AX ___36____, Cond ()___90_____A ∞=。
7.对矩阵A 作如下的LU 分解:
⎪⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=6001032211012001542774322b a A , 则 ___2____a =, ___3____b =
8. 设 100a A b ⎛⎫
= ⎪⎝⎭, 要使lim 0k k A →∞
=, a 与b 应满足 ___1,1____a b <<。
10. 设(0,1,2,3,4,5)i x i =为互异节点, ()i l x 为对应的5次Lagrange 插值基函数, 则5
540((ln 2)1)()i i i i x x l x =++∑=54__(ln 2)1_________x x ++
二. (12分)
设函数)(x f 在区间[0,2]上具有四阶连续导数, 试求满足下列插值条件的一个次数不超过3的插值多项式)(x H , 并写出其余项()()()R x f x H x =- 的表示式
解: 2()(0)[0,1]()[0,1,2]()(1)N x f f x f x x =++-
2
13(1)321
x x x x x =++-=-+ ( 5分)
2()()(1)(2)H x N x ax x x =+--
0'()62(1)(2)43
x H x x a x x a ==-+--== ( 8分)
223
2
()3213(1)(2)3641
H x x x x x x x x x =-++--=-++ ( 10分)
令)()()(x H x f x R -=, 作辅助函数2()()()()(1)(2)g t f t H t k x t t t =----
则)(t g 在]3,0[上也具有4阶连续导数且至少有4个零点: 21,0,,
x t = 重复利用罗尔定理可得:
!4)()()
4(ξf x k =
, )0)(()
4(=ξg
因此 (4)2
()()(1)(2)4!
f R x x x x ξ=
-- (12分)
三.( 12分) 求积公式
1
'0100
()(0)(1)(0),f x dx A f A f B f ≈++⎰
又知其误差余项为
'''(),[0,1]R kf ξξ=∈。
试确定系数010,,A A B 及, 使该求积公式有尽可能高的代数
精度, 指出其代数精确度的次数并确定误差式中的 k 值。
解: 将2()1,,f x x x =分别代入公式得:
0110
100111
121
233613
A A A
B A A B A ⎧
⎪=+⎪⎪=+⎨⎪⎪=⎪⎩解得=,=, =
( 6分)
当3()f x x =时, 左边等于14, 右边等于1
3
, 因此求积公式最高代数精度为2。
( 9分)
将3()f x x =代入有误差项中的积分式中
1
30
11643
172
x dx k k =
=+=-
⎰
( 12分)
四.(12分)
分别用雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法求解方程组
121223
324
x x x x +=⎧⎨+=⎩
写出迭代格式, 并判断收敛性。
若将原方程组变为
1212324
23
x x x x +=⎧⎨+=⎩
再用上述两种迭代法求解是否收敛? 说明原因。
解: 雅可比迭代格式为
10
233
202
k k x x +-⎡⎤
⎡⎤⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦
()B ρ= 发散 ( 4分) 高斯-赛德尔迭代格式为
13025032k k x x +⎡⎤
-⎡⎤
⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥-⎣⎦
⎣⎦
()3B ρ= 发散 (8分) 方程组变为形式后
方程均严格对角占优, 则收敛。
( 12分)
五. ( 16分)
1.( 8分) 用Gauss 列主元消去法解方程组:
1231231
234,54312,211.
x x x x x x x x x -+=-⎧⎪
-+=-⎨⎪++=⎩ 解: 54
31211145431212
85431211140555211112111113
179055
5⎛
⎫ ⎪
------⎛⎫⎛⎫
⎪ ⎪ ⎪
⎪--→--→--
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪
⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪-⎝
⎭
( 3分) 5431254312131791317900555555
128550005551313⎛
⎫⎛⎫
⎪ ⎪
----
⎪ ⎪
⎪ ⎪-→- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪
⎪ ⎪-
--⎝⎭⎝⎭
(6分)
(3,6,1)x T =- (8分)
六.( 下列2题任选一题, 8分)
1.设0a >, 试建立计算
x =的牛顿迭代公式, 并分析其收敛性。
解: 1. 1. 解: 问题转换为求解2()(0)f x x a x =->的正根。
牛顿迭代公式为
211(),0,1,2
22k k k k k k
x a a
x x x k x x +-=-=+= ( 2分)
下面证明对任何初值00x >迭代过程收敛。
'()20,"()20.f x x f x =>=> 根据定理2.8,
对于任何0x >, 迭代公式收敛。
( 5分)
当0x ∈, 由f 的单调性知
010000000()'()
'()
)'()
)f x x x f x f x x f x x x ξ=-=+
>+= 对任何初值00x >迭代过程收敛。
( 8分) 七.( 6分)
设()f x 在[,]a b 上具有二阶连续导数, 且()()0,f a f b ==证明
2''1
()()()8max max a x b a x b
f x b a f x ≤≤≤≤≤-
证明:
''''
()()()
()()()()()
()()2!()
()()2!
x b x a f x f x f a f b x a x b a b b b f x x a x b --=++----=
-- ( 3分)
则
''2''1
()()()()21
()()8max
max max a x b
a x b
a x b
f x x a x b f x b a f x ≤≤≤≤≤≤≤
--≤- ( 6分)
*********************** 一. 填空题( 每空2分, 共40分)
1. 设 *0.231x = 是真值 0.229x =的近似值, 则 *x 有 2 位有效数字。
5. 向量 (2,3)T X =-, , 矩阵 2154A ⎛⎫
= ⎪⎝⎭, 则
=1AX ___3_____, Cond ()___21_____A ∞=。