下载文档原格式
第一章 绪论1．设,的相对误差为，求的误差。
0x >x δln x 解：近似值的相对误差为*x *****r e x x e x x δ-===而的误差为ln x ()1ln *ln *ln **e x x x e x =-≈进而有(ln *)x εδ≈2．设的相对误差为2%，求的相对误差。
x n x 解：设，则函数的条件数为()n f x x ='()||()p xf x C f x =又, 1'()n f x nx -= 1||n p x nx C n n-⋅∴==又((*))(*)r p r x n C x εε≈⋅ 且为2(*)r e x ((*))0.02n r x nε∴≈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 1.1021x =*20.031x =*3385.6x =*456.430x =*57 1.0.x =⨯解：是五位有效数字；*1 1.1021x =是二位有效数字；*20.031x =是四位有效数字；*3385.6x =是五位有效数字；*456.430x =是二位有效数字。
*57 1.0.x =⨯4．利用公式(2.3)求下列各近似值的误差限：(1) ,(2) ,(3) .***124x x x ++***123x x x **24/x x 其中均为第3题所给的数。
****1234,,,x x x x 解：*41*32*13*34*151()1021()1021()1021()1021()102x x x x x εεεεε-----=⨯=⨯=⨯=⨯=⨯***124***1244333(1)()()()()1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=⨯+⨯+⨯=⨯***123*********123231132143(2)()()()()1111.10210.031100.031385.610 1.1021385.6102220.215x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯≈**24****24422*4335(3)(/)()()110.0311056.430102256.43056.43010x x x x x x x εεε---+≈⨯⨯+⨯⨯=⨯=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？解：球体体积为343V R π=则何种函数的条件数为23'4343p R V R R C V R ππ===A A (*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈=A 又%1(*)1r V ε=故度量半径R 时允许的相对误差限为εr (V ∗)=13∗1%=13006．设，按递推公式 （n=1,2,…）028Y =1n n Y Y -=-计算到（5位有效数字），试问计算将有多大误差？100Y 27.982≈100Y解： 1n n Y Y -=10099Y Y ∴=9998Y Y =9897Y Y =-……10Y Y =-依次代入后，有1000100Y Y =-即，1000Y Y =-, 27.982≈100027.982Y Y ∴=-*310001()()(27.982)102Y Y εεε-∴=+=⨯的误差限为。
数值分析（计算方法）部分一． （8分）求一个次数不高于3的多项式)(x f ，使它满足：,3)1(,4)0(==f f0)1(,8)2(/==f f ，并求差商]3,1,1,3[--f 的值。
解：先用f(0)=4,f(1)=3,f(2)=8求N 2(x) 商差表：0 413-12 8 5 3∴ N 2(x)=4+(-1)(x-0)+3(x-0)(x-1)=4-4x+3x 2∵ f(x)次数≤3∴ 可设f(x)= N 2(x)+k(x-0)(x-1)(x-2)（k 为待定常数）f(x)=4-4x+3x 2+k(x 3-3x 2+2x) ∴ f ’(x)=6x-4+k(3x 2-6x+2)f ’(1)=6-4+k(3-6+2)=2-k=0 ∴ k=2∴ f(x)= 4-4x+3x 2+2(x 3-3x 2+2x)=2x 3-3x 2+4∴ (3)f ()23!f[3,1,1,3]23!3!ξ⨯--===二．（10分）用迭代法求解方程：02010223=-++x x x 的所有实数根（要求判断根的个数及范围，构造收敛的迭代格式，并且求出精确到510-的近似根）。
解：设f(x)=x 3+2x 2+10x-20∵ f ’(x)=3x 2+4x+10=2x 2+(x+2)2+6>0 (x (,)∀∈-∞+∞)∴ f(x)在(-∞,+∞)上单调递增 ∴ 方程最多有一个实根∵ f(1)=-7<0，f(2)=16>0∴ 方程有且仅有一个实根x *，并且x *∈(1,2) 选用Neuton 迭代法32k k k k k 1k k 2k k k f (x )x 2x 10x 20x x x f '(x )3x 4x 10+++-=-=-++ (k=0,1,2,……) 它在单根x *附近至少平方收敛计算，选取x 0=1.5x 1=1.373626，x 2=1.368815，x 3=1.368808 ∵ |x 3-x 2|=0.000007<10-5∴ 1.36881为精确到10-5的近似根1．用列主元素法解方程组： ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛13814142210321321x x x 2．写出用Seidel Gauss-迭代法求解线性方程组⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--13741133403312321x x x 的迭代格式，并讨论其收敛性。
第一章绪论上次课要点：§1 数值分析的几个基本问题一、用数学方法解决科学与工程问题的步骤二、研究对象三、研究内容四、研究数值计算方法的意义五、算法设计的基本思想六、算法应具备的特性§2 数值计算的误差一、误差的分类 1．截断误差 2．舍入误差二、误差的概念 1．绝对误差x x x E -=**)(2．相对误差xx E x E r )()(**=（其中0≠x ）本次课继续。
三、数值运算的误差当自变量有误差时，一般地，其函数值也有误差。
误差——可能是截断误差——也可能是舍入误差1．一元函数的误差设*x 是准确值x 的近似值，则函数)(x f 的近似值为)(*x f 。
由于))(()()(**x x f x f x f -'=-ξ，ξ介于x 与*x 之间，所以)()()()(**x x f x f x f -'=-ξ从而)()())((**x f x f εξε'≈2. 多元函数的误差对于多元函数),,,(21n x x x f ，设自变量的近似值分别为**2*1,,,nx x x ，则),,,(),,,(),,,((21**2*1**2*1n nnx x x f x x x f x x x f E -=)(|)(|*),,,(*1),,,(1**2*1**2*1nx x x nx x x x e x f x e x f nn∂∂++∂∂≈于是误差限),,,((**2*1nx x x f ε∑=∂∂≈nk kx x x kx x f n1*),,()(|**2*1ε特别)()()(*2*1*2*1x x x x εεε+≈±)()()(*1*2*2*1*2*1x x x x x x εεε+≈2*2*1*2*2*1*2*1)()()/(xx x x x x x εεε+≈四、病态问题与条件数一个工程或科学计算问题：——往往需要巨量的机器运算——每次运算都可能产生误差——这些误差有正有负，绝对值有大有小误差积累的结果很难定量分析。
研究生数值分析目录1. 内容概要 (3)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (4)1.3 研究内容与方法 (5)2. 数值分析基本概念 (6)2.1 数值分析的定义 (8)2.2 数值分析的研究对象 (9)2.3 数值分析的应用领域 (10)3. 数值逼近 (11)3.1 插值法 (12)3.1.1 插值问题的提出 (13)3.1.2 插值函数的性质 (14)3.1.3 常用插值方法 (15)3.2 近似计算 (16)3.2.1 近似计算的必要性 (18)3.2.2 近似误差分析 (19)3.2.3 常用近似方法 (20)4. 线性代数方程组 (22)4.1 线性代数方程组的基本理论 (23)4.2 高斯消元法 (24)4.3 迭代法 (25)4.3.1 迭代法的原理 (26)4.3.2 常用迭代法 (27)5. 微分方程数值解法 (28)5.1 常微分方程初值问题的数值解法 (29)5.1.1 欧拉法 (30)5.1.2 迭代法 (31)5.1.3 高斯赛德尔法 (32)5.2 偏微分方程数值解法 (33)5.2.1 有限差分法 (34)5.2.2 有限元法 (36)6. 最优化方法 (37)6.1 最优化问题的基本理论 (38)6.2 无约束最优化方法 (39)6.3 约束最优化方法 (40)6.3.1 拉格朗日乘子法 (40)6.3.2 内点法 (41)7. 数值计算软件介绍 (42)7.1 MATLAB软件介绍 (44)7.2 Python编程语言在数值分析中的应用 (45)7.3 其他数值计算软件简介 (46)8. 实例分析 (47)8.1 某工程问题的数值分析 (48)8.2 某科学问题的数值模拟 (49)9. 总结与展望 (50)9.1 研究成果总结 (52)9.2 存在的问题与不足 (53)9.3 未来研究方向 (54)1. 内容概要本课程《研究生数值分析》旨在为研究生提供深入的数值分析理论知识和实践技能。
