计算方法2009-2010期末试卷A

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2009—2010学年第二学期《计算方法》期末试卷A 答案
一、填空题(共5小题,每小题4分,共计20分)
1. 下列设*x =0.03000为x =0.0300211的近似值,则*x 的有效数字的位数是:四位.
2.已知A=⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-123222421,则1A =7,∞A =7. 3.已知,3,2,1,03210====x x x x 4,5.2,1.1,03210====f f f f ,则差商 0123[,,,]f x x x x =-1/30.
4.用二分法求0152)(3=--=x x x f 在]3,1[内的实根时,进行一步后根所在的区间为]2,1[,进行二步后根所在的区间为]2,5.1[
5.为避免两近似数相减需对公式作等价变形,如下面公式当x (>0)很大时,该变为
=
二、用牛顿法求方程:2()2 3.1f x x x =--,在[2.5,3.5]内根的近似值,准确到三位有效数字
解:牛顿迭代法可以写成
221()2 3.1 3.1()2222
n n n n n n n n n n f x x x x x x x f x x x +--+=-=-='-- --------------7分 取初值为:03x =,则用牛顿法迭代可得:
1x =12.1/4=3.025
2x =3.0248
3x =3.02488 ------------------------------6分
前四位已经不再改变,故近似值准确到三位有效数字为:3.02 -------2分
2. 用Doolittle 法的紧凑格式求解矩阵方程:B AX =,其中
⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=115312221A ,114B ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪-⎝⎭
解:用Doolittle 分解矩阵A LU =
122213511A ⎛⎫ ⎪=→ ⎪ ⎪⎝⎭122213511⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭122231531⎛⎫ ⎪→-- ⎪ ⎪⎝⎭
122231536⎛⎫ ⎪→-- ⎪ ⎪-⎝⎭
那么矩阵
100210531L ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭
, 122031006U ⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭ -------------------------------------------8分
令123[,,]T Y UX y y y ==,解 LY B =可得
[1,1,6]T Y =-- ------------------4分
解方程:UX Y =,可得
[1,0,1]T X =- ------------------3分
3. 用最小二乘法求拟合函数bx
a x S y +=
=1)(使其
解:
Y a bx =+ ----------------------5分
来拟合
下面我们确定系数a,b 使
5
21(,)()i i i I a b a bx Y ==+-∑
达到最小,为此我们只需
(,)0I a b a
∂=∂ (,)0I a b b
∂=∂ 这样我们得到方程组
51
()0i i
i a bx Y =+-=∑ 51()0i i
i i a bx Y x =+-=∑
整理可得
55
115i i i i a b x Y ==+=∑∑
555
2111i i
i i i i i a x b x Y x ===+=∑∑∑ ---------------------10分 带入各个数据可得
52741.5a b +=
27199274a b +=
解得
a=3.23
b=0.94 ------------------5分
4. 已知函数)(x f y =的函数表用拉格朗日插值多项式求)
5.2(f 的近似值.
解:分别建立拉格朗日基函数
1230010203()()()(2)(3)(5)()()()(02)(03)(05)
x x x x x x x x x l x x x x x x ------==------ 023*******()()()(0)(3)(5)()()()(20)(23)(25)
x x x x x x x x x l x x x x x x ------==------ 0132202123()()()(0)(2)(5)()()()(30)(32)(35)x x x x x x x x x l x x x x x x ------=
=------
0123303132()()()(0)(2)(3)()()()(50)(52)(53)
x x x x x x x x x l x x x x x x ------==------ ------------------------8分 那么拉格朗日插值函数为
3
301230()259i i i L f x l l l l l ===+++∑ ----------------------------2分
那么)5.2(f 的近似值为
30123(2.5)259L l l l l =+++
(2.52)(2.53)(2.55)(02)(03)(05)---=---(2.50)(2.53)(2.55)2(20)(23)(25)---+---(2.50)(2.52)(2.55)5(30)(32)(35)
---+--- (2.50)(2.52)(2.53)9
(50)(52)(53)---+--- = -0.02083+1.04167+2.60417-0.1875=3.4375 ----------------------------5分
5. 设
1
1()()I f f x dx -=⎰, 2()(1)(0)(1)I f af bf cf =-++,
)()(2f I f I ≈
确定求积公式中的待定参数,使其代数精度尽量高,并指出其代数精度的次数。

解:积分公式
1
1()(1)(0)(1)f x dx af bf cf -=-++⎰
令()1f x = 带入得
1a b c ++=
令()f x x =带入得
0a c -+=
令2
()f x x =带入可得 2/3a c += ---------------------6分
由以上三式我们可得待定系数为:
1/3a b c === ------------------5分 把它带入积分公式可得:()111()(1)(0)(1)3
f x dx f f f -=-++⎰ 令3()f x x =带入可得:()101013
=-++,等式成立。

令4()f x x =带入可得:1253
≠,等式不成了,所以代数精确度为3. ------5分。