数值分析第1章习题

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数值分析第1章题

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7、无穷级数是 n 发散的，但如果在计算机上计
n 1

1
算会有什么结果？为什么？
8、判断下列命题的正确性。
（1）解对数据的微小变化高度敏感是病态的。
（2）高精度运算可以改善问题的病态性。
（3）无论问题是否病态，只要算法稳定都能得到很好的近似值。
（4）用一个稳定的算法计算良态问题一定会得到好的近似值。
（5）两个相近的数相减必然会使有效数字损失。（6）计算机上将1000个数量级不同的数相加，不管次序如何结果都是一样的。
工科研究生公共课程数学系列机动
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第1章习题作业（19-20页）
1、当x 0 时，x 的相对误差为，求lnx 的误差。 2、设x 的相对误差为2%，求x n 的相对误差。 5、计算球体体积使相对误差限位1% ，问度量半径R 所允许的相对误差限是多少？ x 8、当x y时，计算lnx lny有效数字会损失，改用ln 是否能减少舍入误差？ y 9、正方形边长大约为100cm ，应当怎样测量才能使其面积误差不超过1cm2 ? 1 2 10、设S gt , 假定g是准确的，而对t 的测量有 0.1s 的误差，证明当t 增加时 2 S的绝对误差增加，而相对误差却减少。 13、f (x) ln(x x 2 1), 求 f(30)的值，若开平方用六位函数表，问求对数时误差有多大？若改用另一等价公式 ln(x x 2 1) ln(x x 2 1)计算，求对数时误差又为多大？其中 899 29.9833 14、用秦九韶算法求多项式p(x) 3 x5 2 x3 x 7 在x 3 的值。
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数值分析第一章作业

习题（一）1. 指出四舍五入得到的下列各数有几位有效数字：x 1∗=7.8673,x 2∗=8.0916,x 3∗=0.06213,x 4∗=0.07800,x 5∗=90×103,x 6∗=2.0×10−4解：由有效数字定义得：x 1∗，x 2∗具有5位有效数字x 3∗，x 4∗具有4位有效数字x 5∗，x 6∗具有2位有效数字.2. 设准确值为x=3.78695，y=10,它们的近似值分别为x 1∗=3.7869，x 2∗=3.7870及y 1∗=9.9999，y 2∗=10.1，y 3∗=10.0001，试分析x 1∗，x 2∗，y 1∗，y 2∗，y 3∗分别具有几位有效数字. 解：x 1∗=3.7869=x 1∗=0.37869×101，k 1=1|x 1∗−x|=|3.7869−3.78695|=0.00005≤0.5×10−4=0.5×101−5, 即x 1∗具有5位有效数字；同理，x 2∗=3.7870=0.37870×101，k 2=1|x 2∗−x|=|3.7870−3.78695|=0.00005≤0.5×101−5，所以x 2∗具有5位有效数字；将y 1∗，y 2∗，y 3∗分别写成y=±10k ×0.α1α2...αn 的表示形式，有：y 1∗=9.9999=0.99999×101，k 3=1；y 2∗=10.1=y 2∗=0.101×102，k 4=2；y 3∗=10.0001=0.100001×102，k 5=2；|y 1∗−y |=|9.9999−10|=0.0001=0.1×10−3≤0.5×101−4,n=4;|y 2∗−y |=|10.1−10|=0.1≤0.5×102−2,n=2;|y 3∗−y |=|10.0001−10|=0.0001=0.1×10−3≤0.5×102−5,n=5;所以y 1∗，y 2∗，y 3∗分别具有4，2，5位有效数字.8.为了使√11的近似值的相对误差不超过0.1%，问至少应取几位有效数字. 解：√11=0.3316624…=0.α1α2...αn ×10k ，α1=3，设x ∗有n 位有效数字，又因为|E x ∗|比值比较小，故可用E r ∗(x ∗)= |E(x ∗)x ∗|代替相对误差E r ∗(x ∗)，用εr ∗=εx ∗代替相对误差限εr 所以εr ∗≤12α1×10−n+1=16×10−n+1 令16×10−n+1≤0.1%，解得n ≥3.22即至少应取4位有效数字.12.如何计算下列函数值才比较精确.(1)11+2x −11+x ，对|x|≪1; (2)√x +1x −√x −1x ，对x ≫1;(3)∫dx 1+x 2N+1N，其中N 充分大； (4)1−cos xsin x ，对|x|≪1;(5)ln(30−√302−1)(开平方用6位函数表)；解:(1)原式=1+x−(1+2x)(1+2x)(1+x)=−x (1+2x)(1+x)； (2)原式=x+1x −(x−1x )√x+1x +√x−1x =2x √x+1x +√x−1x ；(3)原式=arc tan x|NN+1=arc tan N +1−arc tan N =arc tan N+1−N 1+N(N+1)=arc tan 11+N(N+1)； (4)原式=2sinx 222sin x 2cos x 2=tan x2; (5)原式=30+√302−1=−ln(30+√302−1)令f(x)=ln(x −√x 2−1)，则f(30)=ln(30−√302−1)=ln(30−√899),记a=30−√899 若用6位开方函数表，则有a ∗=30−29.9833=0.0167,故有ε(a ∗)=0.5×10−4, 而f(30)≈ln a ∗,于是ε(f (30))=ε(ln a ∗)≈|1a ∗|ε(a ∗)=0.50.0167×10−4≈0.003; 又因为f(x)等价于f(x)=-ln(x +√x 2−1)，则f (30)=-ln(30+√899)，记b=30+√899 同理b ∗=59.9833,进而ε(b ∗)=(2×10−4)−1,对f (30)≈ln b ∗ε(f (30))=ε(ln b ∗)≈|1b ∗|ε(b ∗)=0.559.9833×10−4≈0.834×10−6。

数值分析练习1-3章

数值分析练习1-3章第⼀章绪论⼀、填空题1、已知 71828.2e =，求x 的近似值a 的有效数位和相对误差：题号精确数xx 的近似数aa 的有效数位a 的相对误差⑴ e 2.7 ⑵ e 2.718 ⑶ e/100 0.027 ⑷e/1000.027182、设原始数据x 1，x 2，x 3和x 4的近似值（每位均为有效数字）如下：a 1=1.1021，a 2=0.031，a 3=385.6，a 4=56.430则⑴ a 1+a 2+a 4= ，相对误差界为；⑵ a 1a 2a 3= ，相对误差界为；⑶ a 2/a 4= ，相对误差界为。

⼆、为使20的近似值的相对误差⼩于0.01%，问应取多少位有效数字？三、当x 接近于0时，怎样计算xxsin cos 1-以及当x 充分⼤时，怎样计算x x -+1，才会使其结果的有效数字不会严重损失。

四、在数值计算中，为了减⼩误差，应该尽量避免的问题有哪些？并举出相应的实例.五、对于序列,1,0,9991=+=?n dx x x I nn ，试构造两种递推算法计算10I ，在你构造的算法中，那⼀种是稳定的，说明你的理由；第⼆章插值法１、在互异的n+1个点处满⾜插值条件P(x i )=y i ,(i=0,1,…n)的次数不⾼于n 的多项式是( )的(Ａ)存在且唯⼀ (Ｂ)存在 (Ｃ)不存在 (Ｄ)不唯⼀2、当f(x)是次数不超过n 的多项式时，f(x)的插值多项式是 ( )(Ａ)不确定 (Ｂ)次数为n (Ｃ)f(x)⾃⾝（D ）次数超过n 3、插值基函数的和j jx l)(= ( )(Ａ)０ (Ｂ)１ (Ｃ)２ (Ｄ)不确定4、设f(x)=x 3-x+5，则f[20,21,22,23]= ( )； f[20,21,22,23,24]= ( )(Ａ)０ (Ｂ)１ (Ｃ)２ (Ｄ)不确定5、( )插值⽅法具有公式整齐、程序容易实现的优点，⽽( )插值⽅法计算灵活，如果节点个数变化时，不需要重新构造多项式，它们都是( )的⽅法(Ａ)构造性 (Ｂ)解⽅程组 (Ｃ)拉格朗⽇ (Ｄ)⽜顿６、⼀般地，内插公式⽐外推公式( ),⾼次插值⽐低次插值( )，但当插值多项式的次数⾼于七、⼋次时，最好利⽤( )插值公式 (Ａ)粗糙 (Ｂ)精确 (Ｃ)分段低次 (Ｄ)⾼次７、整体光滑度⾼，收敛性良好，且在外型设计、数值计算中应⽤⼴泛的分段插值⽅法为（）.（Ａ）分段线性插值（Ｂ）分段抛物插值（Ｃ）分段三次埃尔⽶特插值（Ｄ）三次样条插值。

数值分析第一章练习

第一章习题一、填空题1、为了使计算 32)1(6)1(41310---+-+=x x x y 的乘除法次数尽量地少，应将该表达式改写为，为了减少舍入误差，应将表达式19992001-改写为。

2、若a=2.42315是2.42247的近似值，则a 有( )位有效数字.3、求方程011015.02=--x x 的根，要求结果至少具有6位有效数字。

已知0099.10110203≈，则两个根为=1x ，=2x .（要有计算过程和结果）4、近似值*0.231x =关于真值229.0=x 有( )位有效数字；5*x 的相对误差的( )倍；6、设)(x f 可微,求方程)(x f x =的牛顿迭代格式是( )；7、计算方法主要研究( )误差和( )误差；8、722,141.3,142.3分别作为π的近似值有 , , 位有效数字。

9、设A 0.231x =是真值0.229T x =的近似值，则A x 有_______位有效数字。

10、按四舍五入原则数2.7182818与8.000033具有五位有效数字的近似值分别为和。

11、-43.578是舍入得到的近似值，它有 ( ) 位有效数字，相对误差限为( )。

二、选择题1、用1+3x 近似表示31x +所产生的误差是( )误差。

A. 舍入 B. 观测 C. 模型 D. 截断2、-324.7500是舍入得到的近似值，它有( )位有效数字。

A. 5B. 6C. 7D. 83、用s *=21g t 2表示自由落体运动距离与时间的关系式 ( g 为重力加速度 )， s t 是在时间t 内的实际距离，则s t - s *是（）误差。

A. 舍入B. 观测C. 模型D. 截断4、舍入误差是( )产生的误差。

A. 只取有限位数B.模型准确值与用数值方法求得的准确值C. 观察与测量D.数学模型准确值与实际值5、3.141580是π的有( )位有效数字的近似值。

A. 6B. 5C. 4D. 7三、计算题1、为了使20的近似值的相对误差限小于0.1%，要取几位有效数字？2、设x>0,x*的相对误差为δ，求f(x)=ln x 的误差限。

第一章习题解答 _数值分析

第一章习题解答3、设精确数ａ>0，x 是ａ的近似值，x 的相对误差限是0.2，求㏑x 的相对误差限。

解：设=()u f x ，()()()()()()||||||||||()||()||||()||()||||r r r x e u df x e x df x e x e u u dx u dx u x df x x df x x e x x dx u dx u δ=≈==≤()||10.2(())||()||ln ln ln r r r r df x x x x f x x x dx u x x x xδδδδ==⋅⋅==4、长方体的长宽高分别为50cm ，20cm 和10cm ，试求测量误差满足什么条件时其表面积的误差不超过1cm 2。

解：设2()S xy yz zx =++{}[]{}(,,)(,,)(,,)()||()||()||()(,,)(,,)(,,)||||||max (),(),()2()2()2()max (),(),()1S x y z S x y z S x y z e S e x e y e z x y zS x y z S x y z S x y z e x e y e z x y z y z z x x y e x e y e z ∂∂∂≤++∂∂∂⎛⎫∂∂∂≤++ ⎪∂∂∂⎝⎭=+++++< {}[]11max (),(),()2()2()2()4()110.0031254(502010)320e x e y e z y z z x x y x y z <=+++++++===++测量误差小于0.00625时其表面积的误差不超过1cm 2。

7、计算61)1.414≈。

利用以下四种计算格式，试问哪一种算法误差最小。

（1（2）3(3-（3（4）99- 解：计算各项的条件数'()(())||()xf x cond f x f x = 11 1.41461(),(())| 3.5147(1)x f x cond f x x ===+ 322 1.414()(32),(())|49.3256x f x x cond f x ==-=33 1.41431(),(())| 1.4557(32)x f x cond f x x ===+ 44 1.414()9970,(())|4949x f x x cond f x ==-= 由计算知，第三种算法误差最小。

《数值分析》第一章答案

《数值分析》第⼀章答案习题11．以下各表⽰的近似数，问具有⼏位有效数字？并将它舍⼊成有效数。

（1）*1x ＝451.023， 1x ＝451.01；（2）*2x ＝－0.045 113， 2x ＝－0.045 18；（3）*3x ＝23.421 3， 3x ＝23.460 4；（4）*4x ＝31， 4x ＝0.333 3；（5）*5x ＝23.496， 5x ＝23.494；（6）*6x ＝96×510， 6x ＝96.1×510；（7）*7x ＝0.000 96， 7x ＝0.96×310-；（8）*8x ＝－8 700， 8x ＝－8 700.3。

解：(1) =*1x 451.023 =1x 451.01=-1*1x x 0.01311021-?≤，1x 具有4位有效数字。

→1x 451.0(2) -=*2x 0.045 113 -=2x 0.045 18=-241021x x 0.045 18045113.0-=0.000 06731021-?<2x 具有2位有效数字，045.02-→x(3)=*3x x =-4604.234213.23=-4213.234604.231 10210391.0-?≤3x 具有3位有效数字，4.233→x (不能写为23.5) (4) =*4x 31 ，=4x 0.3333=-4*4x x 41021000033.0-?<,4x 具有4位有效数字，=4x 0.3333(5) =*5x 23.496，=5x 23.494=-5*5x x =-494.23496.2321021002.0-?<5x具有4位有效数字，→5x 23.50 (不能写为23.49)(6) =*6x 51096?710961.0?==-6*6x x 710001.0-?72101021--??≤6x 具有2位有效数字，57610961096.0?=?=x(7) =*7x 0.00096 371096.0-?=x3*71096.0-?=x =-7*7x x 0 7x 精确(8) 8700*8-=x 8x 3.8700-=8*8x x -010213.0?≤=8x 具有4位有效数字，8x 8700-=精确2.以下各数均为有效数字： (1) 0.1062 + 0.947; (3)2.747?6.83; (2)23.46―12.753; (4)1.473 / 0.064 。

数值分析习题集及答案[1](精)

数值分析习题集（适合课程《数值方法A 》和《数值方法B 》）长沙理工大学第一章绪论1. 设x >0,x 的相对误差为δ,求ln x 的误差.2. 设x 的相对误差为2％,求nx 的相对误差.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: *****123451.1021,0.031,385.6,56.430,7 1.0.x x x x x =====⨯4. 利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限:********12412324(),(),()/,i x x x ii x x x iii x x ++其中****1234,,,x x x x 均为第3题所给的数.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?6. 设028,Y =按递推公式1n n Y Y -= ( n=1,2,…)计算到100Y .27.982(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差?7. 求方程25610x x -+=的两个根,使它至少具有四位有效数字≈27.982).8. 当N 充分大时,怎样求211Ndx x +∞+⎰?9. 正方形的边长大约为100㎝,应怎样测量才能使其面积误差不超过1㎝2?10. 设212S gt =假定g 是准确的,而对t 的测量有±0.1秒的误差,证明当t 增加时S 的绝对误差增加,而相对误差却减小.11. 序列{}n y 满足递推关系1101n n y y -=-(n=1,2,…),若0 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?12. 计算61)f =, 1.4≈,利用下列等式计算,哪一个得到的结果最好?3--13. ()ln(f x x =,求f (30)的值.若开平方用六位函数表,问求对数时误差有多大?若改用另一等价公式ln(ln(x x =-计算,求对数时误差有多大?14. 试用消元法解方程组{101012121010;2.x x x x +=+=假定只用三位数计算,问结果是否可靠?15. 已知三角形面积1sin ,2s ab c =其中c 为弧度,02c π<<,且测量a ,b ,c 的误差分别为,,.a b c ∆∆∆证明面积的误差s ∆满足.s a b c s a b c ∆∆∆∆≤++第二章插值法1. 根据(2.2)定义的范德蒙行列式,令2000011211121()(,,,,)11n n n n nn n n n x x x V x V x x x x x x x xx x ----==证明()n V x 是n 次多项式,它的根是01,,n x x -,且 101101()(,,,)()()n n n n V x V x x x x x x x ---=--.2. 当x = 1 , -1 , 2 时, f (x)= 0 , -3 , 4 ,求f (x )的二次插值多项式.3.4. 给出cos x ,0°≤x ≤90°的函数表,步长h =1′=(1/60)°,若函数表具有5位有效数字,研究用线性插值求cos x 近似值时的总误差界.5. 设0k x x kh =+,k =0,1,2,3,求032max ()x x x l x ≤≤.6. 设jx 为互异节点(j =0,1,…,n ),求证:i) 0()(0,1,,);nk kj jj x l x x k n =≡=∑ii) 0()()1,2,,).nk jj j xx l x k n =-≡0(=∑7. 设[]2(),f x C a b ∈且()()0f a f b ==,求证21()()().8max max a x ba xb f x b a f x ≤≤≤≤≤-"8. 在44x -≤≤上给出()xf x e =的等距节点函数表,若用二次插值求xe 的近似值,要使截断误差不超过610-,问使用函数表的步长h 应取多少? 9. 若2nn y =,求4n y ∆及4n y δ. 10. 如果()f x 是m 次多项式,记()()()f x f x h f x ∆=+-,证明()f x 的k 阶差分()(0)k f x k m ∆≤≤是m k -次多项式,并且()0(m l f x l +∆=为正整数).11. 证明1()k k k k k k f g f g g f +∆=∆+∆. 12. 证明110010.n n kkn n k k k k f gf g f g g f --+==∆=--∆∑∑13. 证明1200.n j n j y y y -=∆=∆-∆∑14. 若1011()n n n n f x a a x a x a x --=++++有n 个不同实根12,,,n x x x ,证明{10,02;, 1.1()n k njk n a k n j jx f x -≤≤-=-=='∑15. 证明n 阶均差有下列性质: i)若()()F x cf x =,则[][]0101,,,,,,n n F x x x cf x x x =;ii) 若()()()F x f x g x =+,则[][][]010101,,,,,,,,,n n n F x x x f x x x g x x x =+.16. 74()31f x x x x =+++,求0172,2,,2f ⎡⎤⎣⎦及0182,2,,2f ⎡⎤⎣⎦.17. 证明两点三次埃尔米特插值余项是(4)22311()()()()/4!,(,)k k k k R x f x x x x x x ++=ξ--ξ∈并由此求出分段三次埃尔米特插值的误差限.18. 求一个次数不高于4次的多项式()P x ,使它满足(0)(1)P P k =-+并由此求出分段三次埃尔米特插值的误差限. 19. 试求出一个最高次数不高于4次的函数多项式()P x ,以便使它能够满足以下边界条件(0)(0)0P P ='=,(1)(1)1P P ='=,(2)1P =.20. 设[](),f x C a b ∈,把[],a b 分为n 等分,试构造一个台阶形的零次分段插值函数()n x ϕ并证明当n →∞时,()n x ϕ在[],a b 上一致收敛到()f x .21. 设2()1/(1)f x x =+,在55x -≤≤上取10n =,按等距节点求分段线性插值函数()h I x ,计算各节点间中点处的()h I x 与()f x 的值,并估计误差.22. 求2()f x x =在[],a b 上的分段线性插值函数()h I x ,并估计误差.23. 求4()f x x =在[],a b 上的分段埃尔米特插值,并估计误差.试求三次样条插值并满足条件i) (0.25) 1.0000,(0.53)0.6868;S S '='= ii)(0.25)(0.53)0.S S "="=25. 若[]2(),f x C a b ∈,()S x 是三次样条函数,证明i)[][][][]222()()()()2()()()bbbbaaaaf x dx S x dx f x S x dx S x f x S x dx"-"="-"+""-"⎰⎰⎰⎰;ii) 若()()(0,1,,)i i f x S x i n ==,式中i x 为插值节点,且01n a x x x b =<<<=,则[][][]()()()()()()()()()b aS x f x S x dx S b f b S b S a f a S a ""-"="'-'-"'-'⎰.26. 编出计算三次样条函数()S x 系数及其在插值节点中点的值的程序框图(()S x 可用(8.7)式的表达式).第三章函数逼近与计算1. (a)利用区间变换推出区间为[],a b 的伯恩斯坦多项式.(b)对()sin f x x =在[]0,/2π上求1次和三次伯恩斯坦多项式并画出图形,并与相应的马克劳林级数部分和误差做比较. 2. 求证:(a)当()m f x M ≤≤时,(,)n m B f x M ≤≤. (b)当()f x x =时,(,)n B f x x =. 3. 在次数不超过6的多项式中,求()sin 4f x x =在[]0,2π的最佳一致逼近多项式. 4. 假设()f x 在[],a b 上连续,求()f x 的零次最佳一致逼近多项式. 5. 选取常数a ,使301max x x ax≤≤-达到极小,又问这个解是否唯一?6. 求()sin f x x =在[]0,/2π上的最佳一次逼近多项式,并估计误差.7. 求()xf x e =在[]0,1上的最佳一次逼近多项式.8. 如何选取r ,使2()p x x r =+在[]1,1-上与零偏差最小?r 是否唯一?9. 设43()31f x x x =+-,在[]0,1上求三次最佳逼近多项式.10. 令[]()(21),0,1n n T x T x x =-∈,求***0123(),(),(),()T x T x T x T x .11. 试证{}*()nTx 是在[]0,1上带权ρ=的正交多项式.12. 在[]1,1-上利用插值极小化求11()f x tg x -=的三次近似最佳逼近多项式.13. 设()xf x e =在[]1,1-上的插值极小化近似最佳逼近多项式为()n L x ,若nf L ∞-有界,证明对任何1n ≥,存在常数n α、n β,使11()()()()(11).n n n n n T x f x L x T x x ++α≤-≤β-≤≤14. 设在[]1,1-上234511315165()128243843840x x x x x x ϕ=-----,试将()x ϕ降低到3次多项式并估计误差.15. 在[]1,1-上利用幂级数项数求()sin f x x =的3次逼近多项式,使误差不超过0.005.16. ()f x 是[],a a -上的连续奇(偶)函数,证明不管n 是奇数或偶数,()f x 的最佳逼近多项式*()n n F x H ∈也是奇(偶)函数.17. 求a 、b 使[]220sin ax b x dx π+-⎰为最小.并与1题及6题的一次逼近多项式误差作比较.18. ()f x 、[]1(),g x C a b ∈,定义 ()(,)()();()(,)()()()();b baaa f g f x g x dxb f g f x g x dx f a g a =''=''+⎰⎰问它们是否构成内积?19. 用许瓦兹不等式(4.5)估计6101x dx x +⎰的上界,并用积分中值定理估计同一积分的上下界,并比较其结果.20. 选择a ,使下列积分取得最小值:1122211(),x ax dx x ax dx----⎰⎰.21. 设空间{}{}10010121,,,span x span x x 1ϕ=ϕ=,分别在1ϕ、2ϕ上求出一个元素,使得其为[]20,1x C ∈的最佳平方逼近,并比较其结果.22. ()f x x =在[]1,1-上,求在{}2411,,span x x ϕ=上的最佳平方逼近.23.sin (1)arccos ()n n x u x +=是第二类切比雪夫多项式,证明它有递推关系()()()112n n n u x xu x u x +-=-.24. 将1()sin2f x x=在[]1,1-上按勒让德多项式及切比雪夫多项式展开,求三次最佳平方逼近多项式并画出误差图形,再计算均方误差.25. 把()arccos f x x =在[]1,1-上展成切比雪夫级数.26.2y a bx =+.27.用最小二乘拟合求.29. 编出用正交多项式做最小二乘拟合的程序框图. 30. 编出改进FFT 算法的程序框图. 31. 现给出一张记录{}{}4,3,2,1,0,1,2,3k x =,试用改进FFT 算法求出序列{}k x 的离散频谱{}k C (0,1,,7).k =第四章数值积分与数值微分1. 确定下列求积公式中的待定参数,使其代数精度尽量高,并指明所构造出的求积公式所具有的代数精度:(1)101()()(0)()hhf x dx A f h A f A f h --≈-++⎰; (2)21012()()(0)()hh f x dx A f h A f A f h --≈-++⎰;(3)[]1121()(1)2()3()/3f x dx f f x f x -≈-++⎰;(4)[][]20()(0)()/1(0)()hf x dx h f f h ah f f h ≈++'-'⎰.2. 分别用梯形公式和辛普森公式计算下列积分:(1)120,84xdx n x =+⎰; (2)1210(1),10x e dx n x --=⎰;(3)1,4n =⎰;(4),6n =.3. 直接验证柯特斯公式(2.4)具有5次代数精度.4. 用辛普森公式求积分10x e dx-⎰并计算误差. 5. 推导下列三种矩形求积公式:(1)2()()()()()2ba f f x dxb a f a b a 'η=-+-⎰; (2)2()()()()()2baf f x dx b a f b b a 'η=---⎰; (3)3()()()()()224baa b f f x dx b a f b a +"η=-+-⎰. 6. 证明梯形公式(2.9)和辛普森公式(2.11)当n →∞时收敛到积分()baf x dx⎰.7. 用复化梯形公式求积分()baf x dx⎰,问要将积分区间[],a b 分成多少等分,才能保证误差不超过ε(设不计舍入误差)?8.1x e dx-,要求误差不超过510-.9. 卫星轨道是一个椭圆,椭圆周长的计算公式是S a =θ,这里a 是椭圆的半长轴,c 是地球中心与轨道中心(椭圆中心)的距离,记h 为近地点距离,H 为远地点距离,6371R =公里为地球半径,则(2)/2,()/2a R H h c H h =++=-.我国第一颗人造卫星近地点距离439h =公里,远地点距离2384H =公里,试求卫星轨道的周长.10. 证明等式3524sin3!5!n n nnππππ=-+-试依据sin(/)(3,6,12)n n n π=的值,用外推算法求π的近似值.11. 用下列方法计算积分31dyy ⎰并比较结果.(1) 龙贝格方法;(2) 三点及五点高斯公式;(3) 将积分区间分为四等分,用复化两点高斯公式.12. 用三点公式和五点公式分别求21()(1)f x x =+在x =1.0,1.1和1.2处的导数值,并估计误()f x第五章常微分方程数值解法1. 就初值问题0)0(,=+='y b ax y 分别导出尤拉方法和改进的尤拉方法的近似解的表达式，并与准确解bx ax y +=221相比较。

数值分析计算方法试题集及答案

数值分析复习试题第一章绪论一.填空题1.为精确值的近似值；为一元函数的近似值；*xx ()**x f y =()x f y =1为二元函数的近似值，请写出下面的公式：：()**,*y x f y =()y x f y ,2=**e x x =-***r x xe x -=()()()*'1**y f x x εε≈⋅()()()()'***1**r r x f x y x f x εε≈⋅()()()()()**,**,*2**f x y f x y y x y x yεεε∂∂≈⋅+⋅∂∂()()()()()****,***,**222r f x y e x f x y e y y x y y y ε∂∂≈⋅+⋅∂∂2、计算方法实际计算时，对数据只能取有限位表示，这时所产生的误差叫舍入误差。

3、分别用2.718281，2.718282作数e 的近似值，则其有效数字分别有 6 位和7（三位有效数字）。

1.73≈-211.73 10 2-≤⨯4、设均具有3位有效数字，则的相对误差限为 0.0055 。

121.216, 3.654x x ==12x x 5、设均具有3位有效数字，则的误差限为 0.01 。

121.216, 3.654x x ==12x x +6、已知近似值是由真值经四舍五入得到,则相对误差限为0.0000204 .2.4560A x =T x 7、递推公式如果取作计算,则计算到时,误差为,⎧⎪⎨⎪⎩0n n-1y =y =10y -1,n =1,2,0 1.41y =≈10y ;这个计算公式数值稳定不稳定不稳定 .8110 2⨯8、精确值，则近似值和分别有 3 位和14159265.3*=π141.3*1=π1415.3*2=π4 位有效数字。

9、若,则x 有 6 位有效数字，其绝对误差限为1/2*10-5 。

*2.71828x e x =≈=10、设x*的相对误差为2％，求(x*)n 的相对误差0.02n11、近似值*0.231x =关于真值229.0=x 有( 2 )位有效数字；12、计算方法主要研究( 截断 )误差和( 舍入 )误差；13、为了使计算的乘除法次数尽量地少，应将该表达式()()2334610111y x x x =++----改写为11,))64(3(10-=-++=x t t t t y ，为了减少舍入误差，应将表达式19992001-改写为199920012+。

数值分析习题(含标准答案)

]第一章绪论姓名学号班级习题主要考察点：有效数字的计算、计算方法的比较选择、误差和误差限的计算。

1若误差限为5105.0-⨯,那么近似数有几位有效数字（有效数字的计算）解：2*103400.0-⨯=x ，325*10211021---⨯=⨯≤-x x 故具有3位有效数字。

2 14159.3=π具有4位有效数字的近似值是多少（有效数字的计算）解：10314159.0⨯= π，欲使其近似值*π具有4位有效数字，必需！41*1021-⨯≤-ππ，3*310211021--⨯+≤≤⨯-πππ，即14209.314109.3*≤≤π即取（ , ）之间的任意数，都具有4位有效数字。

3已知2031.1=a ，978.0=b 是经过四舍五入后得到的近似值，问b a +，b a ⨯有几位有效数字（有效数字的计算）解：3*1021-⨯≤-aa ，2*1021-⨯≤-b b ，而1811.2=+b a ，1766.1=⨯b a 2123****102110211021)()(---⨯≤⨯+⨯≤-+-≤+-+b b a a b a b a故b a +至少具有2位有效数字。

2123*****10210065.01022031.1102978.0)()(---⨯≤=⨯+⨯≤-+-≤-b b a a a b b a ab 故b a ⨯至少具有2位有效数字。

4设0>x ，x 的相对误差为δ，求x ln 的误差和相对误差（误差的计算）~解：已知δ=-**xx x ，则误差为 δ=-=-***ln ln xx x x x则相对误差为******ln ln 1ln ln ln xxx x xxx x δ=-=-5测得某圆柱体高度h 的值为cm h 20*=，底面半径r 的值为cm r 5*=，已知cm h h 2.0||*≤-，cm r r 1.0||*≤-，求圆柱体体积h r v2π=的绝对误差限与相对误差限。

（误差限的计算）解：*2******2),(),(h h r r r h r r h v r h v -+-≤-ππ绝对误差限为πππ252.051.02052)5,20(),(2=⨯⋅+⨯⋅⋅⋅≤-v r h v相对误差限为%420120525)5,20()5,20(),(2==⋅⋅≤-ππv v r h v 6设x 的相对误差为%a ,求nx y =的相对误差。

《数值分析》练习题及答案解析

《数值分析》练习题及答案解析第一章绪论主要考查点：有效数字，相对误差、绝对误差定义及关系；误差分类；误差控制的基本原则；。

1. 3.142和3.141分别作为π的近似数具有（）和（）位有效数字.A ．4和3B ．3和2C ．3和4D ．4和4 答案：A2. 设 2.3149541...x *=，取5位有效数字，则所得的近似值x=___________ .答案：2.31503.若近似数2*103400.0-⨯=x 的绝对误差限为5105.0-⨯,那么近似数有几位有效数字解：2*103400.0-⨯=x ，325*10211021---⨯=⨯≤-x x 故具有3位有效数字。

4 . 14159.3=π具有4位有效数字的近似值是多少？解：10314159.0⨯= π，欲使其近似值*π具有4位有效数字，必需！41*1021-⨯≤-ππ，3*310211021--⨯+≤≤⨯-πππ，即14209.314109.3*≤≤π即取（ , ）之间的任意数，都具有4位有效数字。

第二章非线性方程求根主要考查点：二分法N 步后根所在的区间，及给定精度下二分的次数计算；非线性方程一般迭代格式的构造，（局部）收敛性的判断，迭代次数计算；牛顿迭代格式构造；求收敛阶；1.用二分法求方程012=--x x 的正根，要求误差小于0.05。

（二分法）解：1)(2--=x x x f ，01)0(<-=f ，01)2(>=f ，)(x f 在[0，2]连续，故[0，2]为函数的有根区间。

"（1）计算01)1(<-=f ，故有根区间为[1，2]。

（2）计算041123)23()23(2<-=--=f ，故有根区间为]2,23[。

（3）计算0165147)47()47(2>=--=f ，故有根区间为]47,23[。

（4）计算06411813)813()813(2>=--=f ，故有根区间为]813,23[。

数值分析习题与答案

第一章绪论习题一1.设x>0,x*的相对误差为δ，求f(x)=ln x的误差限。

解：求lnx的误差极限就是求f(x)=lnx的误差限，由公式(1.2.4)有已知x*的相对误差满足，而，故即2.下列各数都是经过四舍五入得到的近似值，试指出它们有几位有效数字，并给出其误差限和相对误差限。

解：直接根据定义和式(1.2.2)(1.2.3)则得有5位有效数字，其误差限，相对误差限有2位有效数字，有5位有效数字，3.下列公式如何才比较准确？（1）（2）解：要使计算较准确，主要是避免两相近数相减，故应变换所给公式。

（1）（2）4.近似数x*=0.0310,是 3 位有数数字。

5.计算取，利用：式计算误差最小。

四个选项：第二、三章插值和函数逼近习题二、三1. 给定的数值表用线性插值和二次插值计算ln0.54的近似值并估计误差限. 解：仍可使用n=1及n=2的Lagrange插值或Newton插值,并应用误差估计（5.8）。

线性插值时，用0.5及0.6两点，用Newton插值误差限，因，故二次插值时，用0.5，0.6，0.7三点，作二次Newton插值误差限，故2. 在-4≤x≤4上给出的等距节点函数表，若用二次插值法求的近似值，要使误差不超过，函数表的步长h 应取多少?解：用误差估计式（5.8），令因得3. 若，求和.解：由均差和导数关系于是4. 若互异，求的值，这里p≤n+1.解：，由均差对称性可知当有而当P＝n＋1时于是得5. 求证.解：解：只要按差分定义直接展开得6. 已知的函数表求出三次Newton均差插值多项式，计算f(0.23)的近似值并用均差的余项表达式估计误差.解：根据给定函数表构造均差表由式(5.14)当n=3时得Newton均差插值多项式N3(x)=1.0067x+0.08367x(x-0.2)+0.17400x(x-0.2)(x-0.3) 由此可得f(0.23) N3(0.23)=0.23203由余项表达式(5.15)可得由于7. 给定f(x)=cosx的函数表用Newton等距插值公式计算cos 0.048及cos 0.566的近似值并估计误差解：先构造差分表计算，用n=4得Newton前插公式误差估计由公式（5.17）得其中计算时用Newton后插公式（5.18)误差估计由公式（5.19）得这里仍为0.5658．求一个次数不高于四次的多项式p(x),使它满足解：这种题目可以有很多方法去做，但应以简单为宜。

数值分析第1章习题

一、选择题1、 4.8675和0.08675均为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，则它们的有效数字分别有几位（B ）(有效数字)A . 4和5 B. 5和4 C. 4和6 D. 5和62、已知用718.2e *=来表示...7182.2=e 具有4位有效数字，求*e 的相对误差限（B ）（考查相对误差限公式的应用）A 、 31021-⨯ B 、31041-⨯ C 、41021-⨯ D 、41041-⨯ 3、70 =8.3666600…若取有效数字为四位时，70的相对误差为（B ）(有效数字与相对误差的关系)A ． 31085-⨯ B. 310161-⨯ C. 41058-⨯ D. 41035-⨯ 二、填空题1、为使π的近似值的相对误差小于0.001%则应取（6）位有效数字。

（有效数字）2、已知x>0,x 的相对误差限为δ，求x ln 得误差( δ ) ，相对误差(*ln x δ)（误差，相对误差的计算）三、计算题1、利用四位数学用表求 2cos 1-=x 的近似值，采用下面等式计算：（1） 2cos 1-；（2）1sin 22. 哪一个结果比较好？（算法的数值稳定性） 2、列}{n y 满足递推关系1101-=-n n y y ，n=1，2，…。

若41.120≈=y （三位有效数字），（1）0y 的误差多大？（2）计算到10y 时误差多少？（3）这个计算过程稳定吗？（4）简述你对算法的数值稳定性的理解。

（考查误差限和数值稳定性）解答：一、选择题2、解：因为n=4,由公式|r δ|=|a x a *-|≤)1(11021--∙n a 得 |r δ|≤)14(10221--⨯⨯=31041-⨯ 所以e*的相对误差限为r δ=31041-⨯ 二、填空题1、解：假设取n 位有效数字，则其相对误差限为：111102n r a σ-+≤⨯ 要保证其相对误差小于0.001%，只要保证其相对误差上限满足111100.001%2n r a σ-+≤⨯≤ 已知1a =3，解得 1510610n -+-≤⨯-n+1 ≤ -56n ≥所以应取6位有效数字，即 3.14159π=2、解：已知δ=*-*x x x ，则误差为δ=*-=-**x x x x x ln ln 则相对误差******=-=-xx x x x x x x ln ln 1ln ln ln δ三、计算题解答1、解：由题意知9994.02cos ≈︒，0175.01sin =︒根据（1）0006.02cos 1=︒- 一位有效数字根据（2）00061.01sin 22=︒ 两位有效数字所以（2）的结果比较好。

数值分析第一章绪论习题答案

第一章绪论e In X* =In X * -Inx ：丄e*X*进而有；(In X *):2. 设X 的相对误差为2% ,求X n 的相对误差。

解：设f(χZ ,则函数的条件数为Cp=l fX+n _1X nχ I Xn n又；r ((X*) n) C P 7(X *)且 e r (χ*)为 2.7((χ*)n) 0.02 n3. 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： X 1 =1.1021, χ2 =0.031, χ3 =385.6, χ4 = 56.430,x 5 = 7".0.. *解：X I -1.1021是五位有效数字；X 2 = 0.031是二位有效数字；X 3 =385.6是四位有效数字；X 4 =56.430是五位有效数字；X 5 =7 1.0.是二位有效数字。

4. 利用公式(2.3)求下列各近似值的误差限： (1) X 1 X 2 X 4,(2) X 1 X 2X 3 ,(3) X 2 /X 4 .其中χl ,x 2,x 3,X 4均为第3题所给的数。

1设X 0, x 的相对误差为解：近似值X*的相对误差为、：，求InX 的误差。

e* X* -X而InX 的误差为又 f '(χ) =nx n 」 C P解：* 1 4；(x 1) 102* 1 3 ;(x 2) 10 2* 1 1；(x 3) 10* 1 3；(x 4) 102* 1 1；(x 5) 102(1) ；(x ； x ； x *)* * *=；(%) ；(x 2) *x 4)1 A 12 1 j310 10 102 2 2 -1.05 10J 3* * *(2) S(X I X 2X 3)* * * * * * ** * =X1X 2 £(X 3)+ X 2X 3 ^(X J + X 1X 3 E (X 2):0.215 ⑶；(x 2/x ；)* Il * * I * X 2 E(X 4) + X 4 &(X 2)全 Γ"2X 41-3 1 30.031 10 56.430 10= ______________________ 256.430X56.430-10 54 3解：球体体积为V R3则何种函数的条件数为1.1021 0.031 11θ' 2 + 0.031X385.6 x 1><10* 2 +∣ 1.1021 X 385.6卜-×1^35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?C P 愕'： C P “(R*) 9(R*)又γ(V*) -11故度量半径R 时允许的相对误差限为；r (R*) 1 ： 0.3331 ____6.设 Y 0 =28,按递推公式 Yn =Ynd- ------- ： 783 (n=1,2,…)100计算到Y oo 。

数值分析第一章绪论习题答案

第一章绪论1设x 0, x的相对误差为「.，求In x的误差。

* * e* x * _x解：近似值x*的相对误差为:.=e*x* x*1 而In x 的误差为e In x* =lnx*「lnx e*x*进而有；(ln x*)::.2•设x的相对误差为2%求x n的相对误差。

解：设f(x—，则函数的条件数为Cp^胡1n A.x nx .又7 f '(x)= nx n」C p|=nn又；；r((x*) n) ： C p ；,x*)且e r (x*)为2.；r((x*)n) 0.02 n3 •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：X； h.1021 , x；=0.031 , x3 =385.6 x；=56.430, x5 =7 1.0.解：x；=1.1021是五位有效数字；X2 =0.031是二位有效数字；X3 =385.6是四位有效数字；x4 = 56.430是五位有效数字；x5 -7 1.0.是二位有效数字。

4.利用公式(2.3)求下列各近似值的误差限：⑴ 为+X2+X4,(2) x-i x2x3,(3) x2/ x4.* * * *其中X1,X2,X3,x4均为第3题所给的数。

解:*1 4；(x-| ) 102* 1 3;(x 2) 102* 1 1；(x 3) 10 * 1 3；(x 4) 102* 1 1；(x 5) 102 (1)；(为 X 2 X 4)=；(为)亠：(x 2)亠：(x 4)=1 10 4 110 J 丄 10^2 2 2= 1.05 10”* * * (2)(X 1X 2X 3)* * * ** * ** *X 1X 2 8(X 3) + X 2X 3 g(xj + X 1X 3 名(X 2)1 1 0.031 汉 385.6 汉?汉10鼻 + 1.1021 域 385.6 汉?汉10(3) XX 2/X 4)X 40.031 110” 56.430 丄 10’2 256.430 56.430=10°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? 43解：球体体积为V R 3则何种函数的条件数为=1.1021汉 0.031 汉 * 汉10」+0.215RV' R 4 - R2Ik -3；r(V*) ： C pL；r(R*) =3；r(R*)1故度量半径R时允许的相对误差限为；r(R*) 1 ：0.3336•设Y0=28，按递推公式丄J783 (n=1,2,…)100计算到Y oo。

数值分析第1章习题

(A)1. 3.142和3.141分别作为π的近似数具有（）和（）为有效数字(有效数字)A. 4和3B. 3和2C. 3和4D. 4和4解..14159.3==*πx ,1103142.0⨯=a 时,1=m ,31021...00041.0)(-*⨯≤=-=a x a E m-n= -3,所以n=4,即有4位有效数字。

当1103141.0⨯=a 时,1=m , 21021005.0...00059.0)(-*⨯=≤=-=a x a E ，m-n= -2,所以n=3,即有3位有效数字。

(A)2. 为了减少误差，在计算表达式19992001-时，应该改为199920012+计算，是属于（）来避免误差。

（避免误差危害原则）A.避免两相近数相减；B.化简步骤，减少运算次数；C.避免绝对值很小的数做除数；D.防止大数吃小数解：由于2001和1999相近，两数相减会使误差大，因此化加法为减法，用的方法是避免误差危害原则。

(B)3.下列算式中哪一个没有违背避免误差危害原则（避免误差危害原则）A.计算123460.60.612345++-B.计算25612520000450⨯- C.计算10.99994- D.计算11x x+- 解:A 会有大数吃掉小数的情况C 中两个相近的数相减，D 中两个相近的数相减也会增大误差(D)4.若误差限为5105.0-⨯,那么近似数0.003400有()位有效数字。

(有效数字)A. 5B. 4C. 7D. 3 解：51021)(-⨯=a E 即m-n= -5,2103400.0-⨯=a ，m= -2，所以n=3，即有3位有效数字 (A)5.设*x 的近似数为40.32710a =⨯，如果a 具有3位有效数字，则a 的相对误差限为()（有效数字与相对误差的关系）A ． 35103- B. 33105- C. 53105- D. 5103-2 解：因为40.32710a =⨯所以31=a ,因为a 有3位有效数字，所以n=3,由相对误差和有效数字的关系可得a 的相对误差限为 31103510.5--⨯==n r a δ1.设210256.000256.0,002567.0-⨯===a x 则a 有2位有效数字，若210257.000257.0-⨯==a 则a 有3位有效数字。

数值分析第1章习题资料

数值分析第1章习题一选择题(5⨯5分=25分)(A)1. 3.142和3.141分别作为π的近似数具有（）和（）为有效数字(有效数字)A. 4和3B. 3和2C. 3和4D. 4和4 解..14159.3==*πx ,1103142.0⨯=a 时,1=m ,31021...00041.0)(-*⨯≤=-=a x a E m-n= -3,所以n=4,即有4位有效数字。

当1103141.0⨯=a 时,1=m ,21021005.0...00059.0)(-*⨯=≤=-=a x a E ，m-n= -2,所以n=3,即有3位有效数字。

(A)2. 为了减少误差，在计算表达式19992001-时，应该改为199920012+计算，是属于（）来避免误差。

（避免误差危害原则） A.避免两相近数相减； B.化简步骤，减少运算次数；C.避免绝对值很小的数做除数；D.防止大数吃小数解：由于2001和1999相近，两数相减会使误差大，因此化加法为减法，用的方法是避免误差危害原则。

(B)3.下列算式中哪一个没有违背避免误差危害原则（避免误差危害原则）A.计算123460.60.612345++-B.计算25612520000450⨯- C.计算10.99994- D.解:A 会有大数吃掉小数的情况C 中两个相近的数相减，D 中两个相近的数相减也会增大误差(D)4.若误差限为5105.0-⨯,那么近似数0.003400有()位有效数字。

(有效数字)A. 5B. 4C. 7D. 3 解：51021)(-⨯=a E 即m-n= -5,2103400.0-⨯=a ，m= -2，所以n=3，即有3位有效数字(A)5.设*x 的近似数为40.32710a =⨯，如果a 具有3位有效数字，则a 的相对误差限为()（有效数字与相对误差的关系）A ． 35103- B. 33105- C. 53105- D. 5103-2 解：因为40.32710a =⨯所以31=a ,因为a 有3位有效数字，所以n=3,由相对误差和有效数字的关系可得a 的相对误差限为 31103510.5--⨯==n r a δ 二填空题：(7⨯5分=35分)1.设210256.000256.0,002567.0-⨯===a x 则a 有2位有效数字，若210257.000257.0-⨯==a 则a 有3位有效数字。

第一章习题解答 _数值分析

第一章3、设精确数ａ>0，x 是ａ的近似值，x 的相对误差限是0.2，求㏑x 的相对误差限。

解：设=()u f x ，()()()()()()||||||||||()||()||||()||()||||r r rx e u df x e x df x e x e u u dx u dx u x df x x df x x e x x dx u dx u δ=≈==≤ ()||10.2(())||()||ln ln ln r r r r df x x x x f x x x dx u x x x xδδδδ==⋅⋅==4、长方体的长宽高分别为50cm ，20cm 和10cm ，试求测量误差满足什么条件时其表面积的误差不超过1cm 2。

解：设2()S xy yz zx =++{}[]{}(,,)(,,)(,,)()||()||()||()(,,)(,,)(,,)||||||max (),(),()2()2()2()max (),(),()1S x y z S x y z S x y z e S e x e y e z x y zS x y z S x y z S x y z e x e y e z x y z y z z x x y e x e y e z ∂∂∂≤++∂∂∂⎛⎫∂∂∂≤++ ⎪∂∂∂⎝⎭=+++++<{}[]11max (),(),()2()2()2()4()110.0031254(502010)320e x e y e z y z z x x y x y z <=+++++++===++测量误差小于0.00625时其表面积的误差不超过1cm 2。

7、计算61)1.414≈。

利用以下四种计算格式，试问哪一种算法误差最小。

（1（2）3(3- （3（4）99- 解：计算各项的条件数'()(())||()xf x cond f x f x = 11 1.41461(),(())| 3.5147(1)x f x cond f x x ===+ 3221.414()(32),(())|49.3256x f x x c o n d f x ==-= 33 1.41431(),(())| 1.4557(32)x f x cond f x x ===+ 44 1.414()9970,(())|4949x f x x cond f x ==-= 由计算知，第三种算法误差最小。