常州大学数值分析07-08试卷B及参考答案
常州大学数值分析07-08试卷A及参考答案
江苏工业学院2007~2008学年第 2 学期硕士生考试试题参考解答
一、(10分)叙述防止误差的几个基本原则,并举一例说明其在数值计算中的应用。 答:防止误差的几个基本原则主要有: 1) 防止大数“吃”小数;
2) 避免除数绝对值远远小于被除数绝对值的除法; 3) 避免相近数相减;
4) 避免使用不稳定的算法;
5) 注意简化计算步骤,减少运算次数; ………… 5 分 例如:当x 充分大时,即1x >>时,计算
可以用表达式
来计算,以避免相近数相减。 ………… 5 分
二、(15分)(1)叙述Lagrange 插值或Newton 插值方法的方法思想。
(2) 设(1)0,(2)3,(3)10f f f ===, 试求)(x f 的二次Newton 插值多项式。 解:(1)拉格朗日插值、牛顿插值的方法思想分别如下: 对于给定的节点(,),0,1,2,,i i x y i n = 拉格朗日插值通过引入满足如下条件的基函数
1,
(),0,
i j j i
l x j i
=⎧=⎨
≠⎩ 构造如下形式的插值多项式
()()n
n i i i P x l x y ==∑
其中0()
()()n
j i j i
j
j i
x x l x x x =≠-=
-∏。 ………… 4 分
牛顿插值方法是通过构造如下形式的多项式
01020101()()()()()()n n n N x a a x x a x x x x a x x x x -=+-+--++--
其中,0,1,2,,i a i n =通过Newton 差商公式得到,且仅与0,1,,,i x x x 有关,由此可以保
数值分析2007第二学期期末考试试题与答案(A)
期末考试试卷(A 卷)
2007学年第二学期 考试科目: 数值分析 考试时间:120 分钟
学号 姓名 年级专业
一、判断题(每小题2分,共10分)
1. 用计算机求
1000
1000
1
1
n n
=∑时,应按照n 从小到大的顺序相加。 ( )
2. 为了减少误差,进行计算。 ( )
3. 用数值微分公式中求导数值时,步长越小计算就越精确。 ( )
4. 采用龙格-库塔法求解常微分方程的初值问题时,公式阶数越高,数值解越精确。( )
5. 用迭代法解线性方程组时,迭代能否收敛与初始向量的选择、系数矩阵及其演变方式有
关,与常数项无关。
( )
二、填空题(每空2分,共36分)
1. 已知数a 的有效数为0.01,则它的绝对误差限为________,相对误差限为_________.
2. 设1010021,5,1301A x -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=-=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦
则1A =_____,2x =______,Ax ∞
=_____.
3. 已知5
3
()245,f x x x x =+-则[1,1,0]f -= ,[3,2,1,1,2,3]f ---= .
4. 为使求积公式
1
1231
()((0)f x dx A f A f A f -≈++⎰
的代数精度尽量高,应使1A = ,2A = ,3A = ,此时公式具有 次的代数精度。
5. n 阶方阵A 的谱半径()A ρ与它的任意一种范数A 的关系是 .
6. 用迭代法解线性方程组AX B =时,使迭代公式(1)
()(0,1,2,)k k X
MX N k +=+= 产
数值分析试卷及答案
数值分析试卷及答案
数值分析试卷
一、选择题(共10题,每题2分,共计20分)
1. 数值分析的研究内容主要包括以下哪几个方面?
A. 数值计算方法
B. 数值误差
C. 数值软件
D. 数学分析答:A、B、C
2. 下列哪种方法不属于数值积分的基本方法?
A. 插值法
B. 微积分基本公式
C. 数值微积分
D. 数值积分公式
答:A
3. 数值积分的目的是求解什么?
A. 函数的导数
B. 函数的原函数
C. 函数的极值
D. 函数的积分
答:D
4. 数值微分的目的是求解什么?
A. 函数的导数
B. 函数的原函数
C. 函数的极值
D. 函数的积分
答:A
5. 数值微分的基本方法有哪几种?
A. 前向差分
B. 后向差分
C. 中心差分
D. 插值法
答:A、B、C
6. 用数值方法求解方程的基本方法有哪几种?
A. 迭代法
B. 曲线拟合法
C. 插值法
D. 数值积分法
答:A、B、C
7. 用迭代法求方程的根时,当迭代结果满足何条件时可停止迭代?
A. 当迭代结果开始发散
B. 当迭代结果接近真实解
C. 当迭代次数超过一定阈值
D. 当迭代结果在一定范围内波动
答:B
8. 下列哪种插值方法能够确保经过所有给定数据点?
A. 拉格朗日插值
B. 牛顿插值
C. 三次样条插值
D. 二次插值
答:A、B、C
9. 数值解线性方程组的基本方法有哪几种?
A. 直接法
B. 迭代法
C. 插值法
D. 拟合法
答:A、B
10. 下列哪种方程求解方法适用于非线性方程?
A. 直接法
B. 迭代法
C. 插值法
D. 曲线拟合法
答:B
二、填空题(共5题,每题4分,共计20分)
1. 数值积分的基本公式是_________。
数值分析考试题
山东科技大学2008-2009学年第一学期
《数值分析》考试
一、设x =9.1234, y =10.486均具有5位有效数字。试分析x - y和x3 y啲绝对误差
限和相对误差限。
二、求一条拟合3点A(0,1), B(1,3),C(2,2)的直线。
三、设n _ 2为正整数,c为正数,记x*二n.c
1) 说明不能用下面的迭代格式
1 _n
x k 1 = cx k ,k =Q1,2:= = " =
求x*的近似值。
2) 构造一个可以求x*的迭代格式,证明所构
造迭代格式的收敛性,并指出收敛阶数四、给定线性方程组
_4 -1 0卩1 一2〕
-1 a 1 x2 = 6
4」]X3」:2J
】0 1
其中a为非零常数。
1) 写出Jacobi迭代格式与Gauss-Seidel迭代格式并分析其收敛性。
2) 分析a在什么范围取值时以上迭代格式收敛。
五、做一个5次多项式H (x)使得
H(1) =3,H (2) = —1, H(4) =3,H'(1) =2, H'(2) =1, H *(2) =2,
六、求f (x) =x2在区间0,1上的一次最佳一致逼近多项式。
七、给定积分公式:
1
f(x)d x :Af (-1) Bf (0) f (1)
■ -4
1) 试确定求积系数A,B,C,
使其具有尽可能高的代数精度,并指出其代数
精度。
2) 试判断该求积公式是否为高斯型求积公式,并
说明理由。
3) ................................................................................................ 将区间-1,作n等分,
07-08学年数值分析试卷
1 1 显然当 x 0,2时, ( x) 0,2 且成立 ( x ) 2
因此,上述迭代过程收敛于方程 故有
x 2 x 1 0 的正根。
1 5 x 2
试分析每种迭代公式的收敛性。
1 解:1)对于迭代公式 xk 1 1 2 ,其迭代函数为 xk
1 ( x) 3 x ( x) 2 (1.3)3 1 故当 x .3,1.6 时,有 1
1 ( x) 1 2 x
此外成立
1 1 1.3 1 2 ( x) 1 2 1.6 1.6 1.3
(k 0,1,2, )
6、写出求积分
b
a
f ( x)dx 的辛普生公式
ba ab S f (a) 4 f ( ) f (b) 6 2
它具有 3 次代数精度。
5 2 1 7、设 A 2 1 0 ,则 0 8 2
1 2
五、讨论题(本大题共10分)
3 2
为用迭代法求方程 x x 1 0 在区间 1.3,1.6 内的一个实 根,将方程改写成下列等式形式,并建立相应的迭代公式:
1 1) x 1 2 ,迭代公式为 x
1 xk 1 1 2 (k 0,1,) xk 1 1 2 2) x ,迭代公式为 xk 1 (k 0,1,) x 1 xk 1
060708研究生数值分析试卷(A).doc
武汉大学
2006〜2007学年第一学期硕士研究生期末考试试题
(A 卷)
科H 名称:数值分析 学生所在院: 学号: 姓名:
注意:所有的答题内容必须答在答题纸上,凡答在试题或草稿纸上的一律无效。
一、(12分)设方程组Ax = 0为
■
1、 (1
\
J 1>
(1)
用Doolittle 分解法求解方程组;
(2) 求矩阵A 的条件数Cwd(A)g 二、(12分)设A 为n 阶对称正定矩阵,A
的n 个特征值为山 < 心< .•. V 九,为 求解方程组Ax = b,建立迭代格式求出常数s 的取 值范围,使迭代格式收敛。 三、(12分)已知数据
试用二次多项式p ⑴=ax 1 2
+hx + c 拟合这些数据。 四、(14分)已知y = /(x)的数据如下:
取得最小值。
六、 (12)确定常数片,使求积公式
1
求f (x)的Hermite 插值多项式W 3(x);
2 为求\\f{x)dx 的值,采用算法:•⑴必:=「久3)击+ R 试导出截断误差R
五、(12分)确定常数。,b 的值,使积分
r I
.2
I(a,b) = J 0(czx + /?-/) dx
c 2
^f{x)dx a A/(0) + A2/(l) + A3/(2)
的代数精度尽可能高,并问是否是Gauss型公式。
七、(12分)设伊⑴导数连续,迭代格式x M =(p{x k)—阶局部收敛到点x*。对于常
数人,构造新的迭代格式:
A 1 ,、
队=一从+ 一心)
1 +
2 1 + 人
问如何选取人,使新迭代格式有更高的收敛阶,并问是儿阶收敛。
八、(14分)对于下面求解常微分方程初值问题」方= 的单步法:
2007—2008第一学期《高等数学B》期末考试试题及答案
武汉大学数学与统计学院
2007—2008第一学期《高等数学B 》期末考试试题
(180学时)
一、(87'⨯)试解下列各题:
1、计算lim n →∞
-
2、计算0
ln(1)lim
cos 1
x x x x →+--
3、计算arctan d x x x ⎰
4、 计算4
x ⎰
5、计算
d x
xe x +∞-⎰
6、设曲线方程为sin cos 2x t y t
=⎧⎨=⎩,求此曲线在点4
t π=
处的切线方程。
7、已知2
2
00
d cos d y
x t
e t t t =
⎰⎰
,求x
y d d
8、设11x y x
-=+,求()n y
二、(15分)已知函数3
2
(1)
x
y x =
-求:
1、函数)(x f 的单调增加、单调减少区间,极大、极小值;
2、函数图形的凸性区间、拐点、渐近线 。
三、(10分)设()g x 是[1,2]上的连续函数,0
()()d x f x g t t =⎰
1、用定义证明()f x 在(1,2)内可导;
2、证明()f x 在1x =处右连续;
四、(10分)1、设平面图形A 由抛物线2
y x = ,直线8x =及x 轴所围成,求平面图形A 绕x
轴旋转一周所形成的立体体积;
2、在抛物线2
(08)y x x =≤≤上求一点,使得过此点所作切线与直线8x =及x 轴
所围图形面积最大。
五、(9分)当0x ≥,对()f x 在[0,]b 上应用拉格朗日中值定理有: ()(0)()(0,f b f f b b ξξ'-=∈ 对于函数()arcsin f x x =,求极限0lim b b
ξ→
武汉大学数学与统计学院 B 卷
07-08-3高等数学B期中考试试卷参考答案.
线
07-08-3高数B期中试卷参考答案08.4.11
一.单项选择题(本题共4小题,每小题4分,满分16分
1. 级数(常数) [ A ]
(A绝对收敛 (B条件收敛 (C发散 (D敛散性与的取值有关
2.下列反常积分发散的是 [ C ]
(A (B(C (D
3.已知直线与,则与 [ B ] (A相交 (B异面 (C平行但不重合 (D重合
4.设函数,,
,其中,
,则 [ B ]
(A (B(C(D
二.填空题(本题共5小题,每小题4分,满分20分
5.若垂直于,且,则与的夹角为;
6. 曲线绕轴旋转一周所成的曲面方程是;
7.曲线在面上的投影曲线方程是;
8.设幂级数在处条件收敛, 则该幂级数的收敛半径为;
9.幂级数的收敛域为.
三. 计算下列各题(本题共4小题,每小题9分,满分36分
10.求过点且与直线及直线都平行的平面方程.
解,平面方程为,
即
11.求过点,与平面平行,且与直线
相交的直线方程.
解设所求直线与直线的交点为,,
,于是
,得,交点为,所求直线方程为
12.将函数展开为的幂级数,并求收敛域.
解
,
13.求幂级数的和函数,并指明收敛域.
解令,
,
四(14).(本题满分9分)求母线平行于向量,准线为的柱面方程.
解设是准线上一点,则,则,
,代入准线方程即得所求的柱面方程
五(15)。(本题满分9分)判断级数的敛散性.
解,而收敛,由比较判别法得知级数收敛
六(16).(本题满分10分)将函数展开成正弦级数,并求级数的和.
解由题设知,,,
,
取,得,即
2007-2008考试试卷及答案
2005级VB期末试题部分(2006 2007 — 2008 学年第二学期
《复变函数》课程考试试卷A
注意:1、本试卷共 3 页;2、考试时间120分钟
3、姓名、学号必须写在指定地方阅卷负责人签名:
一、填空题(本题共5小题,每小题3分,满分15分.)
1.Ln i=
2.=
3.若函数2222
()(2)
f z x axy y i x xy y
=+-+-++在复平面内处处解析,则a= ____
4.幂级数
(1)n n
n
i z
∞
=
+
∑的收敛半径为______
5.复变函数积分
2
12
(1)
z
dz
z
-=
-
⎰=
二、选择题(本题共6小题,每小题3分,满分18
分. 每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求,把
所选项前的字母填在题后的括号内.)
1.点0
z=为函数
2
sin z
z
的
[ ]
(A)可去奇点(B)本性奇点(C)一级极点(D)二级极点
2.下列命题正确的是
[ ]
(A) 如果()
f z在
z连续,那么
()
f z'存在;
(B) 如果
()
f z'存在,那么()
f z在
z解析;.
(C) 如果
z是()
f z的奇点,那么()
f z在
z不可导;
(D) 如果()
f z在区域D内解析且实部为常数,那么()
f z在D内是
常数.
3.关于函数()
f z z
=的性质下列说法错误的是
[ ]
(A)()
f z在整个复平面上都是连续的(B)()
f z仅仅在原点可导
(C)()
f z在原点解析(D)()
f z在整个复平
面上都不解析
4.下列说法正确的是
[ ]
(A) 每一个幂级数在它的收敛圆周上处处收敛;
(B) 每一个幂级数的和函数在收敛圆内解析;
常州大学数值分析作业(共六章)
2 12 30 56
3 14 33 60
4 16 36 64
30 70 110 150
30 70 110 150
30 70 110 150
A.^2 ans = 1 4 25 36 81 100 169 196 A+B ans = 2 7 12 17
9 49 121 225
16 64 144 256
100 228 356 484
1 x x 2 n 1 x3 x5 x 2 n 1 ln 2 2( x ),1 x 1 1 x 3 5 2n 1 n 1 2n 1
clear x=1; s=0; for k=1:100; s=s+((-1)^(k+1))*(x^k)/k; end y=s %计算值% g=log(2) %真实值% err=y-g %绝对误差% y= 0.6882 g= 0.6931 err = -0.0050
2c b 2 4ac b
输入 a=1 输入 b=2 输入 c=1 d= 0 x1 = -1 x2 = -1
, x2
b b 2 4ac 。 2a
输入 a=1 输入 b=5 输入 c=2 d= 17 x1 = -4.5616 x2 = -0.4384
输入 a=2 输入 b=2 输入 c=1 d= -4 x1 = -2.0000 - 2.0000i x2 = -0.5000 + 0.5000i
《数值分析》试卷B
2007─2008学年 第二学期
《数值分析》课程考试试卷( B 卷)
专业:信计 年级:06级 考试方式:闭卷 学分:4 考试时间:120分钟
一、 填空题(每空3分,共30分)
1.设73()1f x x x =++,则0172,2,,2f ⎡⎤⎣⎦ = ,0182,2,,2f ⎡⎤⎣⎦ = ,
2.用二分法求方程3()10f x x x =+-=在区间[]0,1内的根,进行二步后根所在区间为 .
3.2()(5)x x x ϕα=+-,要使迭代法1()k k x x ϕ+=局部收敛到*5x =,则α的取值范围是 .
4.设A 为正交矩阵,则A 的谱条件数2cond()A = .
5.设3221A ⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦,23x ⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦,则A ∞= ,Ax ∞≤ . 6.求解线性方程组12123511405
x x x x +=⎧⎪⎨+=⎪⎩的Jacobi 迭代格式为 ,该迭代格式的迭代矩阵的谱半径()G ρ= ,此迭代格式是 (收敛或发散).
二、(本题10分)
序列{}n y 满足递推关系 题号
一 二 三 四 五 六 总分 得分
阅卷人 得分 阅卷人 得分
1101n n y y -=- (1,2,n = ), 若02 1.41y =≈(三位有效数字),计算到10y 时误差有多大?这个计算过程稳定吗?
三、(本题15分)
对于()0f x =的Newton 公式1()()k k k k f x x x f x +=-',证明:12
12()k k k k k x x R x x ----=-收敛到()2()
常州大学数值分析作业 第一章
2、下列各近似值的绝对误差限都是1/2×10-3,试指出他们各有几位有 效数字:x=1.00052,y=0.052,z=0.00052. 答:绝对误差=1/2×10-3,则有m-n=-3 x=1.00052=0.100052×10 m=1 n=4 y=0.052=0.52×10-1 m=-1 n=2 z=0.00052=0.52×10-3 m=-3 n=0 3、计算圆的面积,要使其相对无误差限为1%,问测量半径为r允许的 相对误差限是多少? 答:根据题意可得:记圆的面积为S,|dS/S|≤1%。 因为S=πr2知:dS=2πrdr 所以dS/S=(2πrdr)/(πr2)=2(dr/r) |dr/r|≈1/2|e(S)|≤0.5×1% =0.5% 11、数组与矩阵是Matlab编程的基础,学习其中数组与矩阵的表示方 法,并举例介绍他们的常见运算。 答:数组的运算是指数组对应元素之间的运算,也称点运算。 矩阵的乘法、乘方和除法有特殊的数学含义,并不是数组对应元素的运 算,所以数组乘法、 乘方和除法的运算符前特别加了个点。
end b=abs(err1-err2); %算法1和算法2在计算相同次数后的误差 s2 n2 err2 b s1 =0.6931 n1 = 10000 err1 = 4.9997e-05 s2 = 0.6931 n2 =11 err2 =1.0680e-07 b =4.9891e-05 根据算式1和2的计算可以发现:算式1经过10000次后误差为err1 = 4.9997e-05并且仍未达精度要求(err<=1e-6),算式2仅用11次就达到 精度要求err2 =1.0680e-07,由此可得算式2的计算精度更高。
数值分析详细答案(全)
第二章 插值法习题参考答案
2.
)12)(12()
1)(1(4)21)(11()2)(1()3()21)(11()2)(1(0)(2+-+-⋅
+------⋅-+-+-+⋅
=x x x x x x x L
37236
52-
+=
x x . 3. 线性插值:取510826.0,693147.0,6.0,5.01010-=-===y y x x ,则
620219.0)54.0()54.0(54.0ln 00
10
101-=-⋅--+
=≈x x x y y y L ;
二次插值:取
510826.0,693147.0,916291.0,6.0,5.0,4.0210210-=-=-====y y y x x x ,则
)54.0(54.0ln 2L ≈
))(()54.0)(54.0())(()54.0)(54.0())(()
54.0)(54.0(120210221012012010210x x x x x x y x x x x x x y x x x x x x y ----⋅
+----⋅+----⋅=
=-0.616707 .
6. i) 对),,1,0(,)(n k x x f k
==在n x x x ,,,10 处进行n 次拉格朗日插值,则有
)()(x R x P x n n k +=
)
())(()!1(1
)(0)1(0
n n n
i k j j x x x x f n x x l --++
=+=∑ ξ
由于0)()
1(=+ξn f
,故有k
n
i k j j
x
x x l
≡∑=0
)(.
ii) 构造函数,)()(k
常州市2007-2008学年度第一学期期末质量调研高三数学试卷答案
江苏省常州市2006-2007学年度第一学期期末质量调研 高三数学试题参考答案及评分标准 2008年1月
第I 卷(必做题)
一、填空题:本大题共14小题,每小题5分,共70分.填对得5分,填错不得分. 1. 2 2. (0,1)- 3. 12i - 4.7 5. 1 6.
6
π
7.
1
4
8. 答案不惟一,如
3k >,或3k <-等 9. 60 10. (),1-∞ 11.
12. 230x y -+= 13. 215
14. 21
n s
x n =
+ 二、解答题:本大题共6小题,共90分,分步得分.
15. 解: 解:(I )∵0m n =
,
∴(sin ,sin cos )(,2)C B A b c
=0. ∴sin 2sin cos 0.b C c B A += ………………………………2分
∵
,sin sin b c
B C
= ∴2cos 0.bc cb A += ………………………………4分
∵0,0,b c ≠≠
∴12cos 0.A +=
∴1cos .2
A =- ………………………………6分 ∵0,A π<<
∴2.3
A π
=
………………………………8分 (II )△ABC 中,
∵222
2cos ,a c b cb A =+- ∴2
1244cos120b b =+-.
∴2
280.b b +-= ………………………………10分 ∴4() 2.b b =-=舍, ………………………………12分
∴△ABC 的面积 11sin 22222
S bc A =
=⨯⨯⨯= ……………14分 16. (I ) E 为线段1AD 的中点,F 为线段1BD 的中点,
常州大学2012-2013级研究生数值分析试卷A解答及评分标准
一.(1)已知函数2
4
()73f x x x =++,用秦九昭方法计算(2)f ;
(2)秦九昭方法计算任一n 次多项式在任一点函数值至多需要多少次乘法? (3)至少写出四种减少误差危害的常用手段。 解:(1)2
4
2
2
()73(31)7f x x x x x =++=++
22(2)(321)2759f =⨯++=
………… 5 分
(2) 秦九昭方法计算任一n 次多项式在任一点函数值至多需要n 次乘法。
………… 5 分
(3) A )防止大数“吃”小数; B )避免除数绝对值远远小于被除数绝对值的除法;C )
避免相近数相减;D )避免使用不稳定的算法;E )注意简化计算步骤,减少运算次数;
………… 5 分
二.给定方程组
123311413132156x x x ⎡⎤⎡⎤⎡⎤
⎢⎥⎢⎥⎢⎥-=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢
⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (1)以分量形式写出解此线性方程组的Jacobi 迭代格式和Gauss -Seidel 迭代格式; (2)求1A 和A
∞
;
(3)判断Gauss -Seidel 迭代格式的敛散性。 解:(1)Jacobi 迭代
(1)()()
123(1)()()213(1)()()312(4)/3
(3)/3(62)/5
k k k k k k k k k x x x x x x x x x +++=--=+-=-+, 0,1,2,k = Gauss-Seidel 迭代
(1)()()
123(1)(1)()213(1)(1)(1)312(4)/3
(3)/3(62)/5
k k k k k k k k k x x x x x x x x x ++++++=--=+-=-+, 0,1,2,k =
常州大学数值分析习题解答
1.1解:
m=3;
f=@(x)digit(digit(x^4,m)- digit(x^3,m)+ digit(3*x^2,m)+ digit(x-2,m),m);
g=@(x)digit(digit(digit( digit(digit(digit( (x-1)*x,m)+3,m)*x,m)+1,m)*x,m)-2,m);
f(3.33)
g(3.33)
有ans = 121
ans =121
实际上,当m=2时,就可以看出这两种算法在计算的精确度上的区别:
m=2;
f=@(x)digit(digit(x^4,m)- digit(x^3,m)+ digit(3*x^2,m)+ digit(x-2,m),m);
g=@(x)digit(digit(digit( digit(digit(digit( (x-1)*x,m)+3,m)*x,m)+1,m)*x,m)-2,m);
f(3.33)
g(3.33)
有ans = 120
ans =130,可以看出,两者在计算精度上的不同区别,数学上恒等,在数值上不一定恒等。
1.2解:
(1)精确到小数点后第三位,故有4位有效数字
(2)精确到小数点后第三位,故有2位有效数字
(3)精确到小数点后第三位,故有0位有效数字
1.3 解;
记圆的面积为S,由题意有|e(S)|≤1%。由S=πr2知:dS=2πrdr所以
dS/S=(2πrdr)/(πr2)=2(dr/r)
∴|e(r)|≈1/2|e(S)|≤0.5×1%=0.5%
1.4 解:
由题有:|e(x)|≤1/2×10^-2 ; |e(y)|≤1/2×10^-2; |e(z)||≤1/2×10^-2
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江苏工业学院2007~2008学年第 2 学期硕士生考试试题解答
一、(10分)举例说明如何在数值计算过程中防止相近数相减及避免“大数吃小数”。 答:1)防止相近数相减举例:当x 充分大时,即1x >>时,计算
会出现相近数相减, 可以用下述数学上等价的表达式
来计算,以避免相近数相减。
………… 5 分
2) 避免“大数吃小数”举例:
设,1:1000,i i δ=为区间[0, 0.5]上的随机数,在字长为5的计算机上计算
12100012345S δδδ=++++
时,如果采用上述给定的顺序计算S ,则会出现大数吃小数的现象;要避免大数吃小数,这里可以采用表达式:212100012345S δδδ=++++规定的顺序来计算即可。
………… 5 分
注:学生的举例只要符合要求均可以算对。
二、(15分)
(1)叙述Newton 插值方法的方法思想;
(2) 设(1)0,(2)1,(3)3,(4)5f f f f ====, 试求)(x f 的三次Newton 插值多项式; (3) 利用上述插值公式近似计算(2.3)f . 解:
(1) 牛顿插值方法是通过构造如下形式的多项式
01020101()()()()()()n n n N x a a x x a x x x x a x x x x -=+-+--++--
其中,0,1,2,,i a i n =通过Newton 差商公式得到,且仅与0,1,,,i x x x 有关,由此可以保
证在增加节点时, 原先的计算量能够被充分利用。
………… 6 分
(2) 根据列表函数可得差商表如下:
0 0 0 0 1.0000 1.0000 0 0 3.0000 2.0000 0.5000 0 5.0000 2.0000 0 -0.1667 )(x f 的三次Newton 插值多项式为:
3()(1)0.5(1)(2)0.1667(1)(2)(3)N x x x x x x x =-+------
………… 6 分
(3) 3(2.3)(2.3) 1.5405f N ≈≈
………… 3 分
三、(15分)
(1)简要叙述求非线性方程()0f x =根的迭代法的方法思想。
(2)选用适当的迭代方法求方程3
2
210x x x ---=在0 2.5x =附近的一个根, 精度
为3
10-。
解:(1)求非线性方程()0f x =根的迭代法的方法思想: 将方程()0f x =改写成
()x x ϕ=
由给定的初始近似解0x ,给出如下迭代公式
1()k k x x ϕ+=,0,1,2,
k =,
如果上述迭代序列{}k x 收敛,即
lim *k k x x →∞
=
则*x 为方程()0f x =的根。
………… 7 分
(2)将方程3
2
210x x x ---=改写成
3212x x x =++
由此可得到相应的迭代公式
1k x +=
由于上述迭代公式的迭代函数在0 2.5x =处的导数的绝对值小于1,因此上述迭代公式在
0 2.5x =附近具有局部收敛性。
………… 4 分
通过上述迭代可以得到上述方程根的数值近似计算结果如下:
………… 4 分
四、(10分)叙述确定二次函数2
拟合下述列表函数的步骤
220
(,,)(())n
i i i i a b c ax bx c f x ϕ==++-∑
………… 5 分
第二步,令
000a b c
ϕ
ϕϕ∂=∂∂=∂∂=∂ 上述方程是关于所求参数,,a b c 的线性方程组。
第三步,解上述方程组可得所求参数,,a b c ,由此可得到用二次函数拟合上述列表函数的最小二乘解。
………… 5 分
五、(15分)叙述复化Simpson 积分公式n S 计算
()b a
f x dx ⎰
的方法思想,并用复化Simpson
公式n S 计算积分
320
cos I x dx π
=⎰,
其中3n ≥。
解:方法思想:由截断误差可知, 当区间长度b -a 较大时, 梯形求积公式的误差较大. 为此,利用积分关于区间具有可加性, 将[a ,b]区间上的积分, 分成若干小区间上的积分, 以此来减少积分区间长度引起的误差. 这就引入了复合求积公式. 具体如下: 设分点,()/i x a ih h b a n =+=-将区间[a ,b]分成n 等分,则
1
1
()()i
i n
b
x a
x i f x dx f x dx -==∑⎰
⎰
将每个小区间上的积分都用Simpson 公式给出,则得计算定积分的复化Simpson 公式如下:
11/21()[()4()()]6
n
b i i i n a
i h
f x dx f x f x f x S --=≈++=∑⎰
………… 7 分
利用上述公式,取3n =时,可得如下计算结果:
s = 0.7023
………… 8 分
六、(15分)说明求解微分方程初值问题的Runge-kutta 方法的方法思想,并选用适当的方法解微分方程初值问题
3sin ,00.4
(0)1
y x y x x y '=-≤≤⎧⎨
=⎩
的数值解, 取步长0.2h =. 解:对于方程
000(,),()n y f x y x x x y x y '=≤≤⎧⎨
=⎩
龙格-库塔(Runge -Kutta )方法利用微分中值:
111()()'()()(,())()i i i i i i y x y x y x x f y x x ξξξ+++-=-=-
其中1(,)i i x x ξ+∈. 由于ξ未知, 从而(,())f y ξξ未知, 故我们不能直接应用上述公式解微分方程. 在实际计算时, 我们只好寻找(,())f y ξξ的适当近似, 并由此得到相应的算法. 例如: 若用(,())i i f x y x 近似(,())f y ξξ就可以得到Euler 公式; 更一般地, 我们可以考虑用区间1[,]i i x x +上某几个点处(,())f x y x 的值的加权平均作为(,())f y ξξ的近似, 并满足一定
误差要求,由此给出相应的公式: 这就是Runge-Kutta(龙格-库塔)算法的思想.
………… 7 分
上述方程利用Runge-lutta 方法计算得到的数值解为:
x=0.2时, k1= 0.0000 k2= 0.2002 k3= 0.1982 k4= 0.3935 y( 1)= 1.0397 x=0.4时, k1= 0.3934 k2= 0.5811 k3= 0.5756 k4= 0.7503 y( 2)= 1.1549 即
x = 0 0.2000 0.4000 y =1.0000 1.0397 1.1549
………… 8 分
注: 允许用其他方法,例如Euler 方法, 求解微分方程的数值解. 七、(10分)用LU 分解法求解方程组: