北师大网络教育 数值分析 期末试卷含答案(2020年九月整理).doc

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注:1、教师命题时题目之间不留空白; 2、考生不得在试题纸上答题,教师只批阅答题册正面部分,若考
生须在试题图上作解答,请另附该试题图。3、请在试卷类型、考试方式后打勾注明。
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北师大网络教育——数值分析——期末考试卷与答案
一.填空题(本大题共4小题,每小题4分,共16分)
1.设有节点012,,xxx,其对应的函数yfx的值分别为012,,yyy,则二次拉

格朗日插值基函数0()lx为 。
2.设2fxx,则fx关于节点0120,1,3xxx的二阶向前差分
为 。

3.设110111011A,233x,则1A= ,1x 。
4. 1n个节点的高斯求积公式的代数精确度为 。
二.简答题(本大题共3小题,每小题8分,共24分)
1. 哪种线性方程组可用平方根法求解?为什么说平方根法计算稳定?

2. 什么是不动点迭代法?x满足什么条件才能保证不动点存在和不动点

迭代序列收敛于x的不动点?
3. 设n阶矩阵A具有n个特征值且满足123n,请简单说
明求解矩阵A的主特征值和特征向量的算法及流程。
三.求一个次数不高于3的多项式3Px,满足下列插值条件:

i
x
1 2 3

i
y
2 4 12

i
y

3
并估计误差。(10分)
四.试用1,2,4n的牛顿-科特斯求积公式计算定积分1011Idxx。(10分)

五.用Newton法求()cos0fxxx的近似解。(10分)
六.试用Doolittle分解法求解方程组:
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注:1、教师命题时题目之间不留空白; 2、考生不得在试题纸上答题,教师只批阅答题册正面部分,若考
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1
2
3

25610413191963630xxx











(10分)

七.请写出雅可比迭代法求解线性方程组123123123202324812231530xxxxxxxxx 的迭代格式,并
判断其是否收敛?(10分)
八.就初值问题0(0)yyyy考察欧拉显式格式的收敛性。(10分)
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注:1、教师命题时题目之间不留空白; 2、考生不得在试题纸上答题,教师只批阅答题册正面部分,若考
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《数值分析》(A)卷标准答案
一. 填空题(每小题3分,共12分)
1. 1200102()()()()xxxxlxxxxx; 2.7;3. 3,8;4. 2n+1。
二.简答题(本大题共3小题,每小题8分,共24分)
1. 解:系数矩阵为对称正定的方程组可用平方根法。 (4分)

对于对称正定阵 A,从21iiiikkal可知对任意k  i 有||ikiila。即 L 的元素不
会增大,误差可控,不需选主元,所以稳定。 (4分)
2. 解:(1)若**xx,则称*x为函数x的不动点。 (2分)

(2)x必须满足下列三个条件,才能保证不动点存在和不动点迭代序列收敛于

x

的不动点:

1)x是在其定义域内是连续函数; (2分)
2)x的值域是定义域的子集; (2分)
3)x在其定义域内满足李普希兹条件。 (2分)
3.解:参照幂法求解主特征值的流程 (8分)
步1:输入矩阵A,初始向量v0,误差限,最大迭代次数N;
步2:置k:=1,μ:=0,u0=v0/||v0||∞;
步3:计算vk=Auk-1;
步4:计算

并置mk:=[vk]r, uk:=vk/mk;
步5:若|mk- μ |< ,计算,输出mk,uk;否则,转6;
步6:若k 信息,停止
三. 解:(1)利用插值法加待定系数法:

设2px满足 22212,24,312,ppp则22376,pxxx(3分)

再设32123pxpxKxxx (3分)
2K (1分)


1max;kkriinvv

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32329156pxxxx (1分)
(2)24311234!Rxfxxx (2分)
四.解:应用梯形公式得11012IIff (2分)
0.75 (1分)

应用辛普森公式得:21104162IIfff (2分)
0.69444444
(1分)

应用科特斯公式得:


4

1113703212327190424IIfffff









(2分)

0.6931746 (2分)
五.解:由零点定理,cos0xx在(0,)2内有根。 (2分)

由牛顿迭代格式1cos0,1,......1sinnnnnnxxxxnx (4分)
取04x得,
12
34

0.73936133;0.7390851780.7390851330.739085133xxxx


(3分)

故取*40.739085133xx (1分)
六.解:对系数矩阵做三角分解:
111213
212223
313233

25610041319106361uuuluullu











(2分)

125621373414ALU










(4分)

若Lyb,则12310,1,4yyy; (2分)
若Uxy,则(3,2,1)Tx。 (2分)
七.解:(1)对于方程组,雅可比方法的迭代矩阵为
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00.50.51010.50.50B (2分)
其特征多项式为2det()1.25IB,且特征值为
1230,1.25,1.25ii (2分)
故有1.251B,因而雅可比迭代法不收敛。 (1分)
(2)对于方程组,Gauss-Seidel 迭代法迭代矩阵为

00.50.500.50.5000.5B (2分)

其特征值为1230,0.5 (2分)
故有0.51B,因而雅可比迭代法收敛。 (1分)
八.证明题(本大题共2小题,每小题7分,共14分)
1. 证:该问题的精确解为0()xyxye (2分)

欧拉公式为1(1)iiiiyyhyhy (2分)
对任意固定的ixxih,
有/1/00(1)[(1)]iixhxhiyyhyh, (2分)
则0()ixiyeyx (1分)

2.证:牛顿迭代格式为125,0,1,2,66nnnxaxnx (3分)

因迭代函数为25,66xaxx而35,63axx又*3xa, (2分)



3

3
3

510623a
aa

故此迭代格式是线性收敛的。 (2分)