工科研究生《数值分析》复习提示
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第一章、绪论1、了解数值分析的研究对象与特点。
2、了解误差的来源与分类,会求有效数字,会简单的误差估计。
3、了解误茅的定性分析及避免误茅危害。
第一早、插值重点题目:P19, 5, 7.1、 了解插值的概念。
2、 掌握拉格朗日(Lagrange)插值法及其余项公式。
3、 了解均差的概念及基本性质,掌握牛顿(Newton)插值法。
4、 了解茅分的概念,会牛顿前插公式、后插公式。
5、 会埃尔米特(Hermite)插值及其余项公式。
6、 知道高次插值的病态性质,会分段线性插值和分段埃尔米特插值及其误并和收敛性。
7、 了解三次样条插值,知道其误差和收敛性。
重点题目:P5& 2, 6, 16.第三章、函数逼近与曲线拟合1、 了解函数逼近的基木概念,了解范数和内积空间。
2、 了解正交多项式的概念,了解切比雪夫多项式和勒让德多项式以及它们的性质,知道其他常用止交多项式。
理解最佳一致逼近的概念和切比雪夫定理,掌握简单的最佳一致逼近多项式的求法。
理解最佳平方逼近的概念,掌握最佳平方逼近多项式的求法,了解用止交多项式做最佳平 方逼近的方法。
6、了解最佳平方逼近与快速傅里叶变换。
7、了解有理逼近。
重点题目:P115, 4, 13, 15, 17, 19.第四章、数值积分与数值微分1、 了解数值求积的基本思想、代数精度的概念、插值型求积公式及其代数精度、求积公式的 收敛性和稳定性。
2、 掌握低阶牛顿-柯特斯(Newton-Cotes)公式及其性质和余项。
3、 会复化梯形公式和复化辛普森公式及其余项。
4、 会龙贝格(Romberg)求积算法。
5、 了解高斯求积公式的理论,会高斯-勒让德求积公式和高斯-切比雪夫求积公式。
6、 了解儿种常用的数值微分方法。
重点题目:P15& 1, 4, 6.第五章、解线性方程组的直接方法1、 了解求解方程组的两类方法,了解矩阵基础知识。
2、 掌握高斯消去法,了解矩阵的三角分解。
第一章 绪论【考点1】绝对误差概念。
近似数的绝对误差(误差):()a =x a E -,如果()δa E ≤则称δ为a 的绝对误差限(误差限)。
【考点2】相对误差限的概念。
近似数a 的相对误差:()()/x a x =a E r -,实际运算()()/a a x a E r -=,a r /δδ=。
【考点3】有效数字定义。
设*x 的近似值a 可表示为n m a a .a a= 21010⨯±,m 为整数,其中1a 是1到9中的一个整数,n a a 2为0到9中的任意整数,若使()n m a||=|x a |E -*⨯≤-1021成立,则a 称近似*x 有位有效数字。
例:设256010002560,00256702.×=.a .=x -*=,则4-10×21=0.00005a -x ≤*。
因为,2-m=所以2n=,a 有2位有效数字。
若257.01000257.02⨯==-a ,则5102100000500000030-≤×=..=x-a ,因为2-=m ,所以3=n ,a 有3位有效数字。
例:设000018.x=,则00008.a=具有五位有效数字。
41021000010-≤×.=x-a ,因为1=m ,所以5=n ,即a 具有五位有效数字。
例:若3587.64=x *是x 的具有六位有效数字的近似值,求x 的绝对误差限。
410×0.358764=x *,即4=m ,6=n ,0.005=1021x -x 6-4⨯≤*【考点4】四舍五入后得到的近似数,从第一位非零数开始直到末位,有几位就称该近似数有几位有效数字。
【考点5】有效数字与相对误差的关系。
设x 的近似数为n m a a .a ×a= 21010±,)(a 01≠如果a 具有n 位有效数字,则的相对误差限为()111021--≤n r ×a δ,反之,若a 的相对误差限为()()1110121--+≤n r ×a δ,则a 至少具有n 位有效数字。
《数值分析》期末复习纲要 第一章 数值计算中的误差分析主要内容(一)误差分析 1、误差的基本概念:(1)绝对误差:设x 是精确值, *x 是其近似值,则称()E x x x*=-是近似值*x 的绝对误差,简称误差。
特点:可正可负,带量纲。
(2)相对误差:称()r x x E x x *-=是近似值*x 的相对误差,若精确值x 未知,则定义()r x x E x x **-=。
注: 由四舍五入得到的近似值,误差不超过最末位的半个单位(准确到最末位)。
2、有效数字的概念:P6;3、算法的数值稳定性:数值稳定的算法:初始数据所带有的误差在计算的过程中能得到有效控制,不至于因误差的过度增长影响计算结果的精度。
数值不稳定的算法:初始数据所带有的误差在计算的过程中得不到有效控制,以至于因误差的过度增长而使计算结果的精度大大降低。
P11:例子(二)算法设计的基本准则P11-15 应用实例:课堂练习,作业基本要求1、掌握误差、有效数字等基本概念2、熟记算法设计准则,并能依据算法设计准则构造或选择计算公式。
(参见课堂练习、作业)第二章 线性代数方程组的数值解法直接法:不计初始数据的误差和计算过程中的舍入误差,经过有限步四则运算求得方程组的精确解。
迭代法:先给出方程组解的某一初始值,然后按照一定的迭代法则(公式)进行迭代,经过有限次迭代,求得满足精度要求的方程组的近似解。
主要内容(一)直接法的基本模式:高斯顺序消去法基本思想:按照各方程的自然排列顺序(不交换方程),通过按列消去各未知元,将方程组化为同解的三角形方程组来求解求解过程:⎩⎨⎧回代过程消元过程应用实例:课堂例题;练习 (二)高斯列主元消去法基本思想:按列消元,但每次按列消元之前,先选取参与消元的 方程首列系数,选取绝对值最大者,通过交换方程,使之成为主元,再进行消元。
(每一步消元之前先按列选取主元) 应用实例:课堂例题,作业(三)迭代法基本原理:(1)将原方程组b Ax =改写成如下等价形式:f Bx x += (2)构造相应的迭代公式:f Bx x m m +=-)1()((3)任取一初始向量)0(x代入上述迭代公式,经迭代得到向量序列{}Tm n m m m x x x x ),,,()()(2)(1)( =,如果该向量序列{})(m x 收敛于某一向量Tn x x x x ),,,(21****= ,即),,2,1(lim )(n i x x i m i m ==*∞→Tn x x x x ),,,(21****= 即为原方程组的解。
数值计算方法复习提纲第一章数值计算中的误差分析1.了解误差及其主要来源,误差估计;2.了解误差(绝对误差、相对误差)和有效数字的概念及其关系; 3.掌握算法及其稳定性,设计算法遵循的原则。
第二章线性方程组的数值解法1.了解Gauss消元法、主元消元法基本思想及算法;2.掌握矩阵的三角分解,并利用三角分解求解方程组;(Doolittle分解;Crout分解;Cholesky分解;追赶法)3.掌握迭代法的基本思想,Jacobi迭代法与Gauss-Seidel迭代法; 4.掌握向量与矩阵的范数及其性质,迭代法的收敛性及其判定。
第三章非线性方程的数值解法1.了解二分法的原理与算法;2.掌握一般迭代法的基本思想及其收敛性判定;3.掌握Newton切线法、弦截法,并用它们求方程近似根的方法。
第五章插值法1. 掌握代数插值问题及其解存在唯一性,Lagrange插值多项式构造及其余项,插值基函数性质;2. 掌握差商的概念及其性质,Newton插值多项式构造,两种插值法之间的区别与联系;3.了解差分与等距节点插值多项式公式;4. 掌握Hermite 插值问题及其构造方法。
第七章数值微积分1. 了解数值求积基本思想;2. 掌握Newton-Cotes公式(梯形公式,Simpson公式,Cotes公式)推导及误差;3. 了解Romberg 求积公式原理;4.了解数值微分的方法。
第八章常微分方程数值解1. 掌握Euler方法(Euler公式,梯形公式,Euler预估-校正公式),局部截断误差,公式的阶;2. 了解Runge-Kutta 方法的基本思想及四阶经典Runge-Kutta 公式;3. 掌握线性多步方法的原理与公式推导。
《数值分析》期末复习提纲第一章数值分析中的误差(一) 考核知识点误差的来源类型;绝对误差和绝对误差限,相对误差和相对误差限,有效数字;绝对误差的传播。
误差的定性分析(二)复习要求1. 知道产生误差的主要来源。
2. 了解绝对误差和绝对误差限、相对误差和相对误差限和有效数字等概念以及它们之间的关系。
3. 知道四则运算中的误差传播公式。
4. 避免误差危害的若干原则第二章插值法(一) 考核知识点插值函数,插值多项式,被插值函数,节点;拉格朗日插值多项式:插值基函数;均差及其性质,牛顿插值多项式;分段线性插值、线性插值基函数。
(二)复习要求1. 了解插值函数,插值节点等概念。
2. 熟练掌握拉格朗日插值多项式的公式,知道拉格朗日插值多项式余项。
3. 掌握牛顿插值多项式的公式,了解均差概念和性质,掌握均差表的计算,知道牛顿插值多项式的余项。
4. 掌握分段线性插值的方法和线性插值基函数的构造。
第三章函数逼近(一) 考核知识点函数逼近的基本概念,内积,范数,勒让德与切比雪夫正交多项式,最佳一次一致逼近,最佳平方逼近,曲线拟合的最小二乘法(二)复习要求1. 熟练掌握内积,范数等基本概念。
2. 熟练掌握勒让德与切比雪夫正交多项式的性质。
3. 掌握用多项式做最佳平方逼近的方法。
4. 最小二乘法及其计算方法。
第四章数值积分与数值微分(一) 考核知识点数值求积公式,求积节点,求积系数,代数精度;插值型求积公式,牛顿―科特斯求积公式,牛顿―科特斯系数及其性质,(复合)梯形求积公式,(复合)Simpson求积公式;高斯型求积公式,高斯点,(二点、三点)高斯―勒让德求积公式;(二) 复习要求1. 熟练掌握数值积分和代数精度等基本概念。
2. 熟练掌握牛顿−科特斯求积公式和科特斯系数的性质。
熟练掌握并推导(复合)梯形求积公式和(复合)Simpson求积公式。
3. 知道高斯求积公式和高斯点概念。
会用高斯−勒让德求积公式求定积分的近似值。
数值分析期末复习题型:一、填空 二、判断 三、解答(计算) 四、证明第一章 误差与有效数字一、 有效数字1、 定义:若近似值x*的误差限是某一位的半个单位,该位到x*的第一位非零数字共有n 位,就说x*有n 位有效数字。
2、 两点理解:(1) 四舍五入的一定是有效数字(2) 绝对误差不会超过末位数字的半个单位eg. 3、 定理1(P6):若x*具有n 位有效数字,则其相对误差限为4、 考点:(1)计算有效数字位数:一个根据定义理解,一个根据定理1(P7例题3)二、 避免误差危害原则 1、 原则:(1) 避免大数吃小数(方法:从小到大相加;利用韦达定理:x1*x2= c / a )(2) 避免相近数相减(方法:有理化)eg. 或(3) 减少运算次数(方法:秦九韶算法)eg.P20习题14三、 数值运算的误差估计 1、 公式:(1) 一元函数:|ε*( f (x *))| ≈ | f ’(x *)|·|ε*(x )|或其变形公式求相对误差(两边同时除以f (x *)) eg.P19习题1、2、5(2) 多元函数(P8)eg. P8例4,P19习题4第二章 插值法一、 插值条件1、 定义:在区间[a,b]上,给定n+1个点,a ≤x 0<x 1<…<x n ≤b 的函数值yi=f(xi),求次数不超过n 的多项式P(x),使 2、 定理:满足插值条件、n+1个点、点互异、多项式次数≤n 的P(x)存在且唯一二、 拉格朗日插值及其余项1、 n 次插值基函数表达式(P26(2.8))2、 插值多项式表达式(P26(2.9))3、 插值余项(P26(2.12)):用于误差估计*(1)11102n r a ε--≤⨯;x εx εx εx ++=-+();1ln ln ln ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-+x εx εx x cos 1-2sin 22x =n i y x P ii n ,,2,1,0)(Λ==4、 插值基函数性质(P27(2.17及2.18))eg.P28例1三、 差商(均差)及牛顿插值多项式 1、 差商性质(P30):(1) 可表示为函数值的线性组合(2) 差商的对称性:差商与节点的排列次序无关 (3) 均差与导数的关系(P31(3.5)) 2、 均差表计算及牛顿插值多项式四、埃尔米特插值(不用背公式) 两种解法:(1) 用定义做:设P 3(x)=ax 3+bx 2+cx+d ,将已知条件代入求解(4个条件:节点函数值、导数值相等各2个)(2) 牛顿法(借助差商):重节点eg.P49习题14 五、三次样条插值定义(1) 分段函数,每段都是三次多项式(2) 在拼接点上连续(一阶、二阶导数均连续) (3)考点:利用节点函数值、导数值相等进行解题第三章 函数逼近与曲线拟合一、 曲线拟合的最小二乘法解题思路:确定ϕi ,解法方程组,列方程组求系数(注意ϕi 应与系数一一对应)eg.P95习题17nj y x S j j ,,1,0,)(Λ==形如y=ae bx 解题步骤: (1) 线性化(2)重新制表(3)列法方程组求解(4)回代第四章 数值积分与数值微分一、 代数精度 1、 概念:如果某个求积公式对于次数不超过m 的多项式准确成立,但对于m+1次多项式不准确成立,则称该求积公式具有m 次代数精度 2、 计算方法:将f(x)=1,x,x 2, …x n 代入式子求解 eg.P100例1二、 插值型的求积公式求积系数定理:求积公式至少具有n 次代数精度的充要条件是:它是插值型的。