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东南大学数值分析上机作业汇总-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII数值分析上机报告院系：学号：姓名：目录作业1、舍入误差与有效数 (1)1、函数文件cxdd.m (1)2、函数文件cddx.m (1)3、两种方法有效位数对比 (1)4、心得 (2)作业2、Newton迭代法 (2)1、通用程序函数文件 (3)2、局部收敛性 (4)（1）最大δ值文件 (4)（2）验证局部收敛性 (4)3、心得 (6)作业3、列主元素Gauss消去法 (7)1、列主元Gauss消去法的通用程序 (7)2、解题中线性方程组 (7)3、心得 (9)作业4、三次样条插值函数 (10)1、第一型三次样条插值函数通用程序： (10)2、数据输入及计算结果 (12)作业1、舍入误差与有效数设∑=-=Nj N j S 2211，其精确值为⎪⎭⎫ ⎝⎛---1112321N 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()12111111222-⋅⋅⋅+--+-=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； （4）通过本上机你明白了什么？ 程序：1、函数文件cxdd.mfunction S=cxdd(N) S=0; i=2.0;while (i<=N) S=S+1.0/(i*i-1); i=i+1;endscript 运行结果（省略>>）：S=cxdd(80) S=0.7375772、函数文件cddx.mfunction S=cddx (N) S=0; for i=N:-1:2 S=S+1/(i*i-1); endscript 运行结果（省略>>）： S=cddx(80) S=0.7375773、两种方法有效位数对比精确值函数：function S=jqz(N)S=0.5*(1.5-1.0/N-1.0/(N+1));script运行结果（省略>>）4、心得本题重点体现了数值计算中“大数吃小数”的问题，由于计算机计算的截断特点，从大到小的计算会导致小数的有效数被忽略掉。
东南⼤学数值分析上机题答案数值分析上机题第⼀章17.（上机题）舍⼊误差与有效数设∑=-=Nj N j S 2211，其精确值为）111-23（21+-N N 。
（1）编制按从⼤到⼩的顺序1-1···1-311-21222N S N +++=，计算N S 的通⽤程序；（2）编制按从⼩到⼤的顺序121···1)1(111222-++--+-=N N S N ，计算NS 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：程序：（1）从⼤到⼩的顺序计算1-1···1-311-21222N S N +++=：function sn1=fromlarge(n) %从⼤到⼩计算sn1format long ; sn1=single(0); for m=2:1:nsn1=sn1+1/(m^2-1); end end（2）从⼩到⼤计算121···1)1(111222-++--+-=N N S N function sn2=fromsmall(n) %从⼩到⼤计算sn2format long ; sn2=single(0); for m=n:-1:2sn2=sn2+1/(m^2-1); end end（3）总的编程程序为： function p203()clear allformat long;n=input('please enter a number as the n:') sn=1/2*(3/2-1/n-1/(n+1));%精确值为sn fprintf('精确值为%f\n',sn);sn1=fromlarge(n);fprintf('从⼤到⼩计算的值为%f\n',sn1);sn2=fromsmall(n);fprintf('从⼩到⼤计算的值为%f\n',sn2);function sn1=fromlarge(n) %从⼤到⼩计算sn1 format long;sn1=single(0);for m=2:1:nsn1=sn1+1/(m^2-1);endendfunction sn2=fromsmall(n) %从⼩到⼤计算sn2 format long;sn2=single(0);for m=n:-1:2sn2=sn2+1/(m^2-1);endendend运⾏结果：从⽽可以得到N值真值顺序值有效位数2 100.740050 从⼤到⼩0.740049 5从⼩到⼤0.740050 64 100.749900 从⼤到⼩0.749852 3从⼩到⼤0.749900 66 100.749999 从⼤到⼩0.749852 3从⼩到⼤0.749999 6（4）感想：通过本上机题，我明⽩了，从⼩到⼤计算数值的精确位数⽐较⾼⽽且与真值较为接近，⽽从⼤到⼩计算数值的精确位数⽐较低。
a ⎣ ⎦ 1. 计算 a = 5⎦ >> a=[6 9 3;2 7 5]; >> b=[2 4 1;4 6 8]; >> a.*b ans =⎣4 8⎦>> d=deconv([3 13 6 8],[1 4]) d =312⎡2 4 7 4⎤⎡8⎤1236 36 求欠定方程组⎢9 3 5 6⎥ x = ⎢5⎥ 的最小范数解84240⎡4 9 2⎤⎡37⎤⎣ >> a=[2 4 7 4;9 3 5 6]; >> b=[8 5]'; ⎦ ⎣ ⎦2. 对于 AX = B ，如果 A = ⎢7 6 4⎥ ， B = ⎢26⎥ ，求解 X 。
>> x=pinv(a)*b⎢ ⎥ ⎢ ⎥x =>> A=[4 9 2;7 6 4;3 5 7]; >> B=[37 26 28]’; >> X=A\B X =⎢⎣3 5 7⎥⎦ ⎢⎣28⎥⎦-0.2151 0.4459 0.7949 0.27077 用符号函数法求解方程 a t 2+b*t +c=0-0.5118 >> r=solve('a*t^2+b*t+c=0','t') 4.0427 r =1.3318[ 1/2/a*(-b+(b^2-4*a*c)^(1/2))] ⎡1 2 5 ⎤ ⎡8 - 7 4⎤ [ 1/2/a*(-b-(b^2-4*a*c)^(1/2))]3. a = ⎢3 6 - 4⎥ ， b = ⎢3 6 2⎥ ，观察 a 与 b 之间的⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎡a 11 a 12 ⎤六种关系运算的结果 >> a=[1 2 3;4 5 6];8 求矩阵 A = ⎢ ⎣ 21 ⎥ 的行列式值、逆和特征根a 22 ⎦>> b=[8 –7 4;3 6 2];>> syms a11 a12 a21 a22;>> a>b >> A=[a11,a12;a21,a22] ans =>> AD=det(A) % 行列式 0 1 0 >> AI=inv(A) % 逆 11>> AE=eig(A) % 特征值 >> a>=b ans =0 1 0 1 01>> a<b ans =1 0 1 0 1>> a<=b ans =1 0 1 010 A = [ a11, a12][ a21, a22] AD =a11*a22-a12*a21 AI =[ -a22/(-a11*a22+a12*a21), a12/(-a11*a22+a12*a21)] [ a21/(-a11*a22+a12*a21), -a11/(-a11*a22+a12*a21)] AE = [1/2*a11+1/2*a22+1/2*(a11^2- 2*a11*a22+a22^2+4*a12*a21)^(1/2)] [1/2*a11+1/2*a22-1/2*(a11^2->> a==b2*a11*a22+a22^2+4*a12*a21)^(1/2)] ans =9 因式分解： x 4 - 5x 3 + 5x 2 + 5x - 60 0 0 >> syms x;0 00 >> f=x^4-5*x^3+5*x^2+5*x-6; >> a~=b ans =>> factor(f) ans =(x-1)*(x-2)*(x-3)*(x+1)4 计算多项式乘法(x 2+2x +2)(x 2+5x +4) ⎡10 f = ⎢ x 21 x ⎤⎥ ，用符号微分求 df/dx 。
Matlab上机练习⼀答案Matlab 上机练习⼀班级学号姓名按要求完成题⽬，并写下指令和运⾏结果。
（不需要画图）1、求下列联⽴⽅程的解=+-+-=-+=++-=--+41025695842475412743w z y x w z x w z y x w z y x >> a=[3 4 -7 -12;5 -7 4 2;1 0 8 -5;-6 5 -2 10];>> b=[4;4;9;4];>> c=a\bc =5.22264.45701.47181.59942、设 ??++=)1(sin 35.0cos 2x x x y ，把x=0-2π间分为101点，画出以x 为横坐标，y 为纵坐标的曲线。
>> x=linspace(0,2*pi,101);>> y=cos(x)*(0.5+(1+x.^2)\3*sin(x));>> plot(x,y,'r')3、产⽣8×6阶的正态分布随机数矩阵R1, 求其各列的平均值、和、乘积。
并求该矩阵全体数的平均值。
（mean var ）a=randn(8,6)mean(a)var(a)k=mean(a)k1=mean(k)i=ones(8,6)i1=i*k1i2=a-i1i3=i2.*i2g=mean(i3)g2=mean(g)或者u=reshape(a,1,48);p1=mean(u)p2=var(u)4、绘制)(222y x e x z +-=在定义域x=[-2,2],y=[-2,2]内的曲⾯。
（利⽤meshgrid ）x=-2:2;y=x;[X,Y]= meshgrid(x,y);Z=X^2*exp(-(X^2+Y^2));mesh(X,Y,Z)5、求代数⽅程3x 5+4x 4+7x 3+2x 2+9x+12=0的所有根。
（利⽤roots 函数）p=[3 4 7 2 9 12];roots(p)6、把1开五次⽅，并求其全部五个根。
数值分析上机题第一章（17题）(1)从2依次累加到N的程序function sn = sum1( n )sn=0;sn=single(sn);for i=2:nai=1/(i^2-1);sn=sn+ai;endend（2）从N依次累加到2的程序function sn = sum2( n )sn=0;sn=single(sn);for i=n:-1:2ai=1/(i^2-1);sn=sn+ai;endend（3）编制求精确值的求和函数sum0function sn = sum0( n )sn=0;sn=single(sn);sn=1/2*(3/2-1/n-1/(n+1));end按第一种顺序得到的值及有效位数如下：N=100时sn0=sum0(100);sn=sum1(100)n=fix(-log10(2*abs(sn-sn0)))得到：sn =0.7400495 n =7N=10e4时sn0=sum0(10e4);sn=sum1(10e4)n=fix(-log10(2*abs(sn-sn0)))得到：sn =0.7498521 n =3N=10e6时sn0=sum0(10e6);sn=sum1(10e6)n=fix(-log10(2*abs(sn-sn0)))得到：sn =0.7498521 n =3按第二种顺序得到的值及有效位数如下：N=100时sn0=sum0(100);sn=sum2(100)n=fix(-log10(2*abs(sn-sn0)))得到：sn =0.7400495 n =7N=10e4时sn0=sum0(10e4);sn=sum2(10e4)n=fix(-log10(2*abs(sn-sn0)))得到：sn =0.7499900 n =7N=10e6时sn0=sum0(10e6);sn=sum2(10e6)n=fix(-log10(2*abs(sn-sn0)))得到：sn =0.7499999 n =7（4）通过这道上机题，我明白了，应用计算机进行求和运算时，求和的顺序不同对结果的精度是有影响的。
2015.1.9 上机作业题报告
1.Chapter 1
1.1题目
设S N =∑1j 2−1
N j=2
，其精确值为
)1
1
123(21+--N N 。
（1）编制按从大到小的顺序1
1
131121222-+
⋯⋯+-+-=N S N ，计算S N 的通用程序。
（2）编制按从小到大的顺序1
21
1)1(111222-+
⋯⋯+--+-=
N N S N ，计算S N 的通用程序。
（3）按两种顺序分别计算64210,10,10S S S ,并指出有效位数。
（编制程序时用单精度） （4）通过本次上机题，你明白了什么？
1.2程序
1.3运行结果
1.4结果分析
按从大到小的顺序，有效位数分别为：6，4，3。
按从小到大的顺序，有效位数分别为：5，6，6。
可以看出，不同的算法造成的误差限是不同的，好的算法可以让结果更加精确。
当采用从大到小的顺序累加的算法时，误差限随着N 的增大而增大，可见在累加的过程中，误差在放大，造成结果的误差较大。
因此，采取从小到大的顺序累加得到的结果更加精确。
2.Chapter 2
2.1题目
（1）给定初值0x 及容许误差ε，编制牛顿法解方程f(x)=0的通用程序。
（2）给定方程03
)(3
=-=x x
x f ,易知其有三个根3,0,3321=
*=*-=*x x x
○1由牛顿方法的局部收敛性可知存在,0>δ当),(0δδ+-∈x 时，Newton 迭代序列收敛于根x2*。
试确定尽可能大的δ。
○2试取若干初始值，观察当),1(),1,(),,(),,1(),1,(0+∞+-----∞∈δδδδx 时Newton 序列的收敛性以及收敛于哪一个根。
（3）通过本上机题，你明白了什么？
2.2程序
2.3运行结果
（1）寻找最大的δ值。
算法为：将初值x0在从0开始不断累加搜索精度eps，带入Newton迭代公式，直到求得的根不再收敛于0为止，此时的x0值即为最大的sigma值。
运行Find.m，得到在不同的搜索精度下的最大sigma值。
可见，在（−∞，−1）区间内取初值，Newton序列收敛，且收敛于根−√3。
可见，在（−1，−δ）内取初值，Newton序列收敛，且收敛于根√3。
可见，在（−δ，δ）内取初值，Newton序列收敛，且收敛于根0。
可见，在（δ，1）内取初值，Newton序列收敛，且收敛于根−√3
可见，在（1，+∞）内取初值，Newton序列收敛，且收敛于根√3
3.Chapter 3
3.1题目
对于某电路的分析，归结为求解线性方程组RI=V，其中
31130
001000013359011000009311000000001079300009000305770500
0007473000000003041000
0005002720009000229R --⎛⎫ ⎪--- ⎪ ⎪-- ⎪--- ⎪ ⎪=--- ⎪
-- ⎪ ⎪- ⎪
-- ⎪ ⎪--⎝⎭
()15,27,23,0,20,12,7,7,10T
T V =----
（1）编制解n 阶线性方程组Ax =b 的列主元高斯消去法的通用程序；
（2）用所编程序线性方程组RI =V ，并打印出解向量，保留5位有效数字； （3）本题编程之中，你提高了哪些编程能力？
3.2程序
3.3运行结果
可看出，算得的该线性方程组的解向量为：
[-0.28923 0.34544 -0.71281 -0.22061 -0.4304 0.15431 -0.057823 0.20105 0.29023] 4.Chapter 4
4.1题目
（1）编制求第一型3次样条插值函数的通用程序；
（2）已知汽车门曲线型值点的数据如下：
端点条件为y010
S(i+0.5)，i=0,1， (9)
4.2程序
4.3运行结果
5.Chapter 5
5.1题目
用Romberg求积法计算积分
∫
1
1+100x2
dx
1
−1的近似值，要求误差不超过0.5×10−7。
5.2程序
5.3运行结果
5.4结果分析
手动化简该定积分并最终求得的值为：0.294225534860747，误差限为：3.486×10−8，可见，程序完成了计算要求。
6.Chapter 6
6.1题目
常微分方程初值问题数值解
（1）编制RK4方法的通用程序；
（2）编制AB4方法的通用程序（由RK4提供初值）；
（3）编制AB4-AM4预测校正方法通用程序（由RK4提供初值）；
（4）编制带改进的AB4-AM4预测校正方法通用程序（由RK4提供初值）；
（5）对于初值问题
{y ′=−x 2y 2y (0)=3
取步长h=0.1，应用（1）-（4）中的四种方法进行计算，并将计算结果和精确解y (x )=3/(1+x 3)作比较；
（6）通过本上机题，你能得到哪些结论？
6.2程序
6.3运行结果（1）RK4法
6.4结果分析
从每一种方法的计算误差可以看出，精度由高到低依次是：RK4法、改进的AB4-AM4法、AB4-AM4法、AB4法。
