数值分析期末试题

合集下载

数值分析期末考试题

数值分析期末考试题

数值分析期末考试题一、选择题1. 在数值分析中,用于求解线性方程组的雅可比方法属于以下哪种迭代法?A. 直接迭代法B. 间接迭代法C. 外推法D. 松弛法2. 插值法中,拉格朗日插值多项式的主要特点是?A. 适用于多项式插值B. 适用于函数值已知的情况C. 只适用于单点插值D. 适用于分段插值3. 在数值积分中,辛普森法则是一种?A. 单区间求积公式B. 双区间求积公式C. 三区间求积公式D. 多区间求积公式4. 误差分析中,截断误差通常与以下哪个概念相关?A. 舍入误差B. 舍入误差的补偿C. 条件数D. 病态条件5. 非线性方程求解中,牛顿法的收敛速度通常?A. 较慢B. 较快C. 与初始值有关D. 与方程的性质有关二、填空题1. 在求解三对角线性方程组时,托马斯算法是一种________方法。

2. 多项式插值中,牛顿插值多项式可以通过________法来构建。

3. 数值积分中,高斯求积法是一种________方法。

4. 误差传递的估计通常通过________公式来进行。

5. 非线性方程的求解中,二分法是一种________方法。

三、简答题1. 请简述数值分析中的条件数概念及其在解方程中的应用。

2. 描述线性方程组迭代法中的收敛性判断方法,并给出收敛域的计算公式。

3. 解释插值和拟合的区别,并举例说明各自的应用场景。

4. 阐述数值积分中梯形法则的原理及其误差估计方法。

5. 讨论非线性方程求解中不动点理论和收敛性的关系。

四、计算题1. 给定线性方程组如下,请使用高斯消元法求解未知数x、y、z的值: \[\begin{cases}2x + y + z = 6 \\x + 3y + 2z = 11 \\3x + y + 4z = 17\end{cases}\]2. 假设有一个函数f(x) = sin(x),给定插值节点如下,请使用拉格朗日插值法构造一个三次插值多项式,并计算在x=π/4处的插值误差。

数值分析期末试题及答案

数值分析期末试题及答案

数值分析期末试题及答案试题一:1. 简答题(共10分)a) 什么是数值分析?它的主要应用领域是什么?b) 请简要解释迭代法和直接法在数值计算中的区别。

2. 填空题(共10分)a) 欧拉方法是一种______型的数值解法。

b) 二分法是一种______法则。

c) 梯形法则是一种______型的数值积分方法。

3. 计算题(共80分)将以下函数进行数值求解:a) 通过使用二分法求解方程 f(x) = x^3 - 4x - 9 = 0 的近似解。

b) 利用欧拉方法求解微分方程 dy/dx = x^2 + 2x + 1, y(0) = 1 在 x = 1 处的解。

c) 使用梯形法则计算积分∫[0, π/4] sin(x) dx 的近似值。

试题二:1. 简答题(共10分)a) 请解释什么是舍入误差,并描述它在数值计算中的影响。

b) 请解释牛顿插值多项式的概念及其应用。

2. 填空题(共10分)a) 数值稳定性通过______号检查。

b) 龙格-库塔法是一种______计算方法。

c) 零点的迭代法在本质上是将方程______转化为______方程。

3. 计算题(共80分)使用牛顿插值多项式进行以下计算:a) 已知插值节点 (-2, 1), (-1, 1), (0, 2), (1, 4),求在 x = 0.5 处的插值多项式值。

b) 已知插值节点 (0, 1), (1, 2), (3, 7),求插值多项式,并计算在 x = 2 处的值。

c) 使用 4 阶龙格-库塔法求解微分方程 dy/dx = x^2 + 1, y(0) = 1。

答案:试题一:1. a) 数值分析是研究使用数值方法解决数学问题的一门学科。

它的主要应用领域包括数值微积分、数值代数、插值和逼近、求解非线性方程、数值积分和数值解微分方程等。

b) 迭代法和直接法是数值计算中常用的两种方法。

迭代法通过反复迭代逼近解,直到满足所需精度为止;而直接法则通过一系列代数运算直接得到解。

数值分析期末试题及答案

数值分析期末试题及答案

数值分析期末试题及答案一、选择题(每题5分,共20分)1. 在数值分析中,下列哪个算法不是用于求解线性方程组的?A. 高斯消元法B. 牛顿法C. 雅可比法D. 追赶法答案:B2. 插值法中,拉格朗日插值法属于:A. 多项式插值B. 样条插值C. 线性插值D. 非线性插值答案:A3. 以下哪个选项不是数值分析中的误差来源?A. 截断误差B. 舍入误差C. 计算误差D. 测量误差答案:C4. 在数值积分中,梯形法则的误差项是:A. O(h^2)B. O(h^3)C. O(h)D. O(1)答案:A二、填空题(每题5分,共20分)1. 牛顿插值法中,插值多项式的一般形式为:______。

答案:f(x) = a_0 + a_1(x-x_0) + a_2(x-x_0)(x-x_1) + ...2. 牛顿迭代法求解方程的根时,迭代公式为:x_{n+1} = x_n -f(x_n) / __________。

答案:f'(x_n)3. 在数值分析中,______ 用于衡量函数在区间上的近似积分值与真实积分值之间的差异。

答案:误差4. 线性方程组的解法中,______ 法是利用矩阵的LU分解来求解。

答案:克兰特三、解答题(每题10分,共60分)1. 给定函数f(x) = e^(-x),使用拉格朗日插值法,求x = 0.5时的插值值。

解答:首先选取插值节点x_0 = 0, x_1 = 0.5, x_2 = 1,对应的函数值分别为f(0) = 1, f(0.5) = e^(-0.5), f(1) = e^(-1)。

拉格朗日插值多项式为:L(x) = f(0) * (x-0.5)(x-1) / (0-0.5)(0-1) + f(0.5) * (x-0)(x-1) / (0.5-0)(0.5-1) + f(1) * (x-0)(x-0.5) / (1-0)(1-0.5)将x = 0.5代入得:L(0.5) = 1 * (0.5-0.5)(0.5-1) / (0-0.5)(0-1) + e^(-0.5) * (0.5-0)(0.5-1) / (0.5-0)(0.5-1) + e^(-1) * (0.5-0)(0.5-0.5) / (1-0)(1-0.5)计算得L(0.5) = e^(-0.5)。

数值分析期末实验试题及答案

数值分析期末实验试题及答案
-2 1 5 15
A =
1 0 0 2
0 1 0 4
0 0 1 3
Jacobi输出结果:
N x1 x2 x3 err
2, 1.656250, 3.875000, 3.175000, 1.250000
3, 1.925000, 3.850000, 2.887500, 0.287500
4, 1.990625, 3.948437, 3.000000, 0.112500
Gauss-Seidel迭代法:
N x1 x2 x3 err
2, 1.875000, 3.937500, 2.962500, 0.437500
3, 1.993750, 3.992188, 2.999063, 0.118750
4, 1.998281, 3.999023, 2.999508, 0.006836
SOR迭代法
N x1 x2 x3 err
2, 1.721568, 3.608925, 2.679907, 0.233925
3, 1.824455, 3.629131, 2.727301, 0.102888
4, 1.812174, 3.627893, 2.720033, 0.012281
5, 1.814371, 3.628155, 2.721265, 0.002197
end
function[y,n]=sor(A,b,x0,ep,w)
D=diag(diag(A));
L=-tril(A,-1);
U=-triu(A,1);
B=(D-w*L)\((1-w)*D+w*U);
f=w*(D-w*L)\b;
y=B*x0+f;
n=1;
whileabs(norm(y-x0,inf))>=ep

数值分析试卷及答案

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、C2. 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:A3. 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:D4. 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:A5. 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、C6. 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、C7. 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:B8. 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、C9. 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、B10. 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_________。

答:牛顿-科特斯公式2. 数值微分的基本公式是_________。

答:中心差分公式3. 数值积分的误差分为_________误差和_________误差。

答:截断、舍入4. 用插值法求解函数值时,通常采用_________插值。

答:拉格朗日5. 数值解线性方程组的常用迭代法有_________方法和_________方法。

数值分析期末复习题答案

数值分析期末复习题答案

数值分析期末复习题答案一、选择题1. 以下哪个算法是用于求解线性方程组的直接方法?A. 牛顿法B. 高斯消元法C. 共轭梯度法D. 辛普森积分法答案:B2. 插值法中,拉格朗日插值法和牛顿插值法的主要区别是什么?A. 插值点的选取不同B. 插值多项式的构造方式不同C. 计算复杂度不同D. 适用的函数类型不同答案:B3. 在数值积分中,梯形法则和辛普森法则的主要区别是什么?A. 精度不同B. 适用的积分区间不同C. 计算方法不同D. 稳定性不同答案:A二、简答题1. 解释什么是数值稳定性,并举例说明。

答案:数值稳定性指的是数值方法在计算过程中对于舍入误差的敏感程度。

例如,在求解线性方程组时,如果系数矩阵的条件数很大,则该方程组的数值解对舍入误差非常敏感,即数值稳定性差。

2. 说明数值微分与数值积分的区别。

答案:数值微分是估计函数在某一点的导数,而数值积分是估计函数在某个区间上的积分。

数值微分通常用于求解函数的局部变化率,而数值积分用于求解函数在一定区间内的累积效果。

三、计算题1. 给定一组数据点:(1, 2), (2, 3), (3, 5), (4, 6),请使用拉格朗日插值法构造一个三次插值多项式。

答案:首先写出拉格朗日插值基函数,然后根据数据点构造插值多项式。

具体计算过程略。

2. 给定函数 f(x) = x^2,使用牛顿-科特斯公式中的辛普森积分法在区间 [0, 1] 上估计积分值。

答案:首先确定区间划分,然后应用辛普森积分公式进行计算。

具体计算过程略。

四、论述题1. 论述数值分析中误差的来源及其控制方法。

答案:误差主要来源于舍入误差和截断误差。

舍入误差是由于计算机在进行浮点数运算时的精度限制造成的,而截断误差是由于数值方法的近似性质导致的。

控制误差的方法包括使用高精度的数据类型、选择合适的数值方法、增加计算步骤等。

五、综合应用题1. 给定一个线性方程组 Ax = b,其中 A 是一个 3x3 的矩阵,b 是一个列向量。

《数值分析》期末复习题(1)

《数值分析》期末复习题(1)

《数值分析》期末复习题一、单项选择题1. 数值x *的近似值x =0.32502×10-1,若x 有5位有效数字,则≤-*x x ( ).(A)21×10-3 (B) 21×10-4 (C) 21×10-5 (D) 21×10-6 2. 设矩阵A =10212104135⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦,那么以A 为系数矩阵的线性方程组A X =b 的雅可比迭代矩阵为( )(A)00.20.10.200.40.20.60--⎡⎤⎢⎥--⎢⎥--⎣⎦(B)10.20.10.210.40.20.61⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦(C) 00.20.10.200.40.20.60⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦ (D)021204130⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦3. 已知(1)1,(2)4,(3)9f f f ===,用拉格朗日2次插值,则(2.5)f =( )(A) 6.15 (B) 6.25 (C) 6.20 (D) 6.10 4. 抛物形求积公式的代数精度是( )A. 1,B. 2 ,C. 3,D. 45. 改进欧拉格式的 局部截断误差是( ). (),A O h 2. (),B O h 3. (),C O h 4. ().D O h二、填空题1、以722作为π的近似值,它有( )位有效数字; 2、经过)1,2( ),2,1( ),1,0(C B A 三个节点的插值多项式为( ); 3、用高斯-赛德尔迭代法解方程组⎩⎨⎧-=+-=+,10,232121x bx bx x 其中b 为实数,则方法收敛的充分条件是b 满足条件( );4、取步长为1.0=h ,用欧拉法计算初值问题22',(0)0,y x y y ⎧=+⎨=⎩的解函数)(x y ,它在3.0=x 的近似值为( );5、已知方程0sin 1=--x x 在)1,0(有一个根,使用二分法求误差不大于41021-⨯的近似解至少需要经过( )次迭代。

数值分析期末考试题及答案

数值分析期末考试题及答案

数值分析期末考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 在数值分析中,下列哪个算法用于求解线性方程组?A. 牛顿法B. 高斯消元法C. 插值法D. 傅里叶变换答案:B2. 以下哪个选项不是数值分析中的误差类型?A. 舍入误差B. 截断误差C. 测量误差D. 累积误差答案:C3. 多项式插值中,拉格朗日插值法的特点是:A. 插值点必须等距分布B. 插值多项式的次数与插值点的个数相同C. 插值多项式是唯一的D. 插值多项式在插值点处的值都为1答案:B4. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解非线性方程?A. 辛普森法则B. 牛顿迭代法C. 欧拉法D. 龙格-库塔法答案:B5. 以下哪个是数值稳定性的指标?A. 收敛性B. 收敛速度C. 条件数D. 误差传播答案:C二、简答题(每题10分,共20分)1. 简述高斯消元法求解线性方程组的基本原理。

答案:高斯消元法是一种直接解法,通过行变换将增广矩阵转换为上三角形式,然后通过回代求解线性方程组。

它包括三个基本操作:行交换、行乘以非零常数、行相加。

2. 解释什么是数值稳定性,并举例说明。

答案:数值稳定性是指数值解对输入数据小的扰动不敏感的性质。

例如,某些数值方法在计算过程中可能会放大舍入误差,导致结果不可靠,这样的方法就被认为是数值不稳定的。

三、计算题(每题15分,共30分)1. 给定线性方程组:\[\begin{align*}x + 2y - z &= 4 \\3x - y + 2z &= 1 \\-x + y + z &= 2\end{align*}\]使用高斯消元法求解该方程组,并给出解。

答案:首先将增广矩阵转换为上三角形式,然后回代求解,得到\( x = 1, y = 2, z = 1 \)。

2. 给定函数 \( f(x) = x^2 - 3x + 2 \),使用拉格朗日插值法在\( x = 0, 1, 2 \) 处插值,并求出插值多项式。

数值分析期末考卷

数值分析期末考卷

数值分析期末考卷一、选择题(每题4分,共40分)A. 插值法B. 拟合法C. 微分法D. 积分法A. 高斯消元法B. 高斯赛德尔迭代法C. 共轭梯度法D.SOR方法3. 下列哪个算法不是求解非线性方程的方法?A. 二分法B. 牛顿法C. 割线法D. 高斯消元法A. 梯形法B. 辛普森法C. 高斯积分法D. 复化求积法A. 欧拉法B. 龙格库塔法C.亚当斯法D. 高斯消元法A. 幂法B. 反幂法C. 逆迭代法D. QR算法A. 梯度下降法B. 牛顿法C. 共轭梯度法D. 高斯消元法A. 拉格朗日插值法B. 牛顿插值法C. 埃尔米特插值法D. 分段插值法A. 前向差分法B. 后向差分法C. 中心差分法D. 拉格朗日插值法A. 牛顿法B. 割线法C. 雅可比迭代法D. 高斯消元法二、填空题(每题4分,共40分)1. 数值分析的主要任务包括数值逼近、数值微积分、数值线性代数和______。

2. 在求解线性方程组时,迭代法的收敛速度与______密切相关。

3. 牛顿法的迭代公式为:x_{k+1} = x_k f(x_k)/______。

4. 在数值积分中,复化梯形公式的误差为______。

5. 求解常微分方程初值问题,龙格库塔法的阶数取决于______。

6. 矩阵特征值的雅可比方法是一种______方法。

7. 梯度下降法在求解无约束优化问题时,每次迭代的方向为______。

8. 拉格朗日插值多项式的基函数为______。

9. 数值微分中的中心差分公式具有______阶精度。

10. 在求解非线性方程组时,牛顿法的迭代公式为:x_{k+1} =x_k J(x_k)^{1}______。

三、计算题(每题10分,共60分)1. 给定数据点(1,2),(2,3),(3,5),(4,7),求经过这四个数据点的拉格朗日插值多项式。

2. 用牛顿迭代法求解方程x^3 2x 5 = 0,初始近似值为x0 = 2,计算前三次迭代结果。

数值分析试题及答案

数值分析试题及答案

数值分析试题一、 填空题(2 0×2′)1.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=32,1223X A 设x =0.231是精确值x *=0.229的近似值,则x 有 2 位有效数字。

2. 若f (x )=x 7-x 3+1,则f [20,21,22,23,24,25,26,27]= 1 ,f [20,21,22,23,24,25,26,27,28]= 0 。

3. 设,‖A ‖∞=___5 ____,‖X ‖∞=__ 3_____,‖AX ‖∞≤_15_ __。

4. 非线性方程f (x )=0的迭代函数x =?(x )在有解区间满足 |?’(x )| <1 ,则使用该迭代函数的迭代解法一定是局部收敛的。

5. 区间[a ,b ]上的三次样条插值函数S (x )在[a ,b ]上具有直到 2 阶的连续导数。

6. 当插值节点为等距分布时,若所求节点靠近首节点,应该选用等距节点下牛顿差商公式的 前插公式 ,若所求节点靠近尾节点,应该选用等距节点下牛顿差商公式的 后插公式 ;如果要估计结果的舍入误差,应该选用插值公式中的 拉格朗日插值公式 。

7. 拉格朗日插值公式中f (x i )的系数a i (x )的特点是:=∑=ni i x a 0)( 1 ;所以当系数a i (x )满足 a i (x )>1 ,计算时不会放大f (x i )的误差。

8. 要使20的近似值的相对误差小于0.1%,至少要取 4 位有效数字。

9. 对任意初始向量X (0)及任意向量g ,线性方程组的迭代公式x (k +1)=Bx (k )+g (k =0,1,…)收敛于方程组的精确解x *的充分必要条件是 ?(B)<1 。

10. 由下列数据所确定的插值多项式的次数最高是 5 。

11.牛顿下山法的下山条件为|f(xn+1)|<|f(xn)| 。

12.线性方程组的松弛迭代法是通过逐渐减少残差r i (i=0,1,…,n)来实现的,其中的残差r i=(b i-a i1x1-a i2x2-…-a in x n)/a ii,(i=0,1,…,n)。

数值分析期末考试题之经典例题

数值分析期末考试题之经典例题

题型一:有效数字1,确定113的首位数字x 1,要使113的近似值x *的相对误差不超过0.5×10-5,至少要保留几位有效数字.(2010-2011)1*1151211||10100.5102226n n r x n e x n ---=≤⨯=⨯≤⨯⨯≥=解答:设至少要保留位有效数字,则有解得, n 5.7取位有效数字.2,要使112的相对误差不超过0.5×10-4,至少要保留几位有效数字?(2009-2010) 3,已知21.787654为有效数,确定其绝对误差界与相对误差界.(2007-2008)*6*118711||102111||1010102224n r e e x ----=⨯=⨯=⨯=⨯⨯解答:4,已知30.49876为有效数,确定其绝对误差界.(2006-2007B)5,设有效数x=12.4567,确定x 的绝对误差界.(2004-2005)题型二:插值多项式1,已知f(x)的函数值:f(0)=-2, f(1)=1, f(2)=5, 用反插值法求f(x)=0在[0,2]内的近似根x *.(2010-2011)11111202012012010210122021()()()()()()()()()()()()()()()()()(2)(5)(2)(1)012(12)(15)(52)(51)2991422884y y y y y y y y y y y y y L y f y f y f y y y y y y y y y y y y y y y y y y ----------=⋅+⋅+⋅------+-+-=+⨯+⨯+-+-=+-解答:对y=f(x)的反函数x=f 进行二次插值2*229(0)42y x L ≈=故,2,已知f(x)的如下函数值及导数值:f(-1)=1, f(0)=2, f ’(0)=3, f(1)=7; (1),建立不超过3次的埃尔米特插值多项式H 3(x);(2),x ∈[-1,1], 确定用H 3(x)代替f(x)的误差界(已知|f (4)(x)|≤M 4,x ∈[-1,1]).(2010-2011)32001001201232233)),(0,1,2)()()[,]()[,,]()()1(1)2(1)(0)232()()(1)(0)(1)232()'(i i H x f x i N x f x f x x x x f x x x x x x x x x x x x H x N x k x x x x x k x x H ===+-+--=++++-=++=++--=+++-解答:(1),满足插值条件((的二次插值多项式为:也可用拉格朗日插值法满足题设插值条件的插值多项式为:2323(4)23443)43(31)'(0)'(0)3()232()(2),(1)(0)(1),(1,1)4!1||=4!496x x k x H f H x x x f R x x x M M R ζζ=++-===+++--∈-≤⨯由得:k=0故:误差(x)=则误差界(x)3,已知f(x)的函数值:f(0)=2, f(1)=4, f(2)=9, 写出二次拉格朗日插值多项式及余项.(2009-2010) 4,已知f(x)的如下函数值及导数值:f(1)=1, f(2)=2, f ’(1)=3, f(3)=9; (1),建立不超过3次的埃尔米特插值多项式;(2)计算f(1.6)的近似值;若M 4=0.5,估计f(1.6)的误差界.(已知|f (4)(x)|≤M 4).(2009-2010)5,写出满足条件H(0)=1, H(1)=0, H ’(1)=1, H(2)=1的三次插值多项式,并给出误差估计式.(2008-2009B)6,已知一组数据,求函数f(x)=0的根.(2008-2009B)x i -1 0 2 3 f(x i )-7-1177,已知f(x)的如下函数值及导数值:f(0)=1, f(1)=3, f ’(1)=1, f(2)=9, (1),建立不超过3次的埃尔米特插值多项式,写出误差估计式;(2),计算f(1.8)的近似值:若M 4=1,估计f(1.8)的误差界.(已知|f (4)(x)|≤M 4).(2007-2008) 8,已知f(x)的如下函数值及导数值:f(1)=2, f(2)=4, f ’(2)=5, f(3)=8, (1),建立不超过3次的埃尔米特插值多项式;(2),计算f(2.5)的近似值:若M 4=0.5,估计f(2.5)的误差界.(已知|f (4)(x)|≤M 4).(2006-2007) 9,已知f(x)的如下函数值表x i 0.1 0.2 0.3 0.4 f(x i )1.122.652.811.68选取合适的插值节点,用二次插值多项式计算f(0.35)的近似值.(2005-2006) 10,已知f(x)=sinx 的如下函数值表x i 1.0 1.5 2.0 sinx i0.84150.99750.9093用插值多项式计算sin1.8, 并估计误差界.(2004-2005)11,用f(x)的关于互异节点集112{}{}n ni i i i x x -==和的插值多项式g(x)和h(x)构造出关于节点集1{}ni i x =的插值多项式.(2005-2006)(课后习题)-11111121111{}(),()(){}(),()()()()))()())]()n n i i i i n n n n n n n n n n n n n n q x q x g x x x x x x x x x g A x x g x ==------=----=-解答:法一:设关于节点集x 的插值多项式为则与有共同插值节点x ,则设:q(x)=g(x)+Aw w f(x (x )由q(x )=f(x 得,w w 故:q(x)=g(x)+[f(x (x )w 法二:设q(x)=g(x)+1-122311111()()(){}()()()()(),01()=()[()()]()[()()]()()()()()()[()()]=-n n i i n n n n n n n n n n x g x h x B g x h x B x x x x x x B x x x g x h x BAx x g x h x Bq x f x h x Ah x g x x x g x h x BA B -=---=---≠----===+--Aw 由于和有共同插值节点x ,则存在常数,使得则,w 故:q(x)=g(x)+由得得1111()[()()]()n n x x x x h x g x x x ----则:q(x)=g(x)+12,(1),已知f(x)的如下函数值:f(0)=1,f(1)=3,f(3)=5,写出二次拉格朗日插值多项式L 2(x); (2),若同时已知:f ’(1)=1,用待定系数法求埃尔米特插值多项式H 3(x); (3),当(3)(4)1|()|2|()|4,[0,3]fx fx x ≤≤≤≤∈及3时,x 不取节点,[0,3]x ∈,求32()()||()()f x H x f x L x --的上界.(2011-2012)题型三:最佳平方逼近多项式及最小二乘法1,已知函数值表:x -2 -1 0 1 2 y121用二次多项式y=C 0+C 1X+C 2X 2按最小二乘法拟合改组数据,并求平方逼近误差.(2010-2011)(2005-2006)()000102030410111213142021222324012()()()()()11111()()()()()21012()()()()()4101401210,5010010010034T T T T x x x x x A x x x x x x x x x x y A AC A y c c c ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪==-- ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝解答:法一:线性拟合的法方程组为:即()()01222*20000100011402583,0,3575833570581358||||=(y,y)-Y 01210402023531701(,)0,(,)(T c c y x C x xx δϕϕϕαϕαϕϕϕα⎫⎛⎫⎪ ⎪=⎪ ⎪⎪ ⎪⎭⎝⎭===-=-⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪=-=⎪ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭====解得:c 则平方逼近误差:法二:构造首项系数为的正交多项式:(x)=1(x)=x-111211021100002*22022220,)0(,)(,)2,()()2(,)(,)46583()()0(2)(,)514357(,)8||||=(y,y)-(,)35i i i i i i i i i x x y x x x x y ϕϕϕϕϕβααϕβϕϕϕϕϕϕϕϕϕδϕϕ======----==++-=-=∑∑(x)(x)=x 则,平方逼近误差:2,求21()1f x x=+在区间[0,1]上的一次最佳平方逼近多项式及平方逼近误差(去权函数ρ(x)=x).(2009-2010) 3,通过实验获得以下数据:x i 0 1 2 3 y i13610请用最小二乘法求形如y=a+bx 2的经验公式.(2008-2009)T T A AC A y =解析:4,利用正交多项式的性质构造首项系数为1的正交多项式1{()}i i g x ∞=,有下列公式:010111()1()()()()(),(1,2,...)k k k k k g x g x x g x x g x g x k ααβ+--==-=--=其中:111(,),(0,1,2...)(,)(,),(1,2...)(,)k k k k k k k k k k xg g k g g g g k g g αβ---====(1),求[0,1]上首项系数为1的正交多项式(权函数ρ(x)=1),g 0(x),g 1(x),g 2(x)(2),以上述正交多项式为基,求sinx 在区间[0,1]上的二次最佳平方逼近多项式,并求平方逼近误差.(2008-2009B)(2004-2005)010000110001201111211021102110000*010001(1),()1(,)11,()(,)221()(,)121(,)2()2(,)11,()()()()(,)126(,)(,)(2),()(,)(g x xdx xg g g x x x g g dx x x dx xg g g g x dx g g g x x g x g x x x g g g f g f x g g g g αααβαβϕ=====-=--===-===--=-+=+⎰⎰⎰⎰解答:21212211120020111222000222*220(,),)(,)11()sin ()sin sin 11621()()1126()()260.00746 1.09130.23546(,)||||(,)0.000623.(,)i i i i g f g g g g g x x xdx x xdx xdx x x x dx x dx x x dx x x f g f f f g g ϕ=+-+-=⋅+⋅-+⋅-+--+=-+--=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰∑平方逼近误差:5,以正交多项式为基,求函数21()1f x x=+在区间[0,1]上的二次最佳平方逼近多项式,并求平方逼近误差.(2007-2008)(权函数ρ(x)=x,(2011-2012))20120122201201()1,(),(),111()2,()1,()2242211112234211113454111112224561.0656,0.503x x x x x f In f f In C F In c c c In ϕϕϕπϕϕϕπ=====-=-=⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⋅=- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==-解答:法一:取解得,,,正规方程组为:H 即:解得:c c 2*222*00001000111110110002,0.07423() 1.06560.503020.07423=(f,f)-F 0.000029041()11(,)223,()1(,)332(,)8(,)1,(,)15(,)T n p x x x C g x xg g g x x x g g xg g g g g g g g δαααβ=-=--======-=-====c 故二次最佳平方逼近多项式:平方逼近误差:法二:构造首项系数为的正交多项式:221100*201220120011222*1882163()()()()()()15318510(,)(,)(,)()()()() 1.06560.503020.07423(,)(,)(,)=(f,f)-F 0.00002904T n g x x g x g x x x x x f g f g f g p x g x g x g x x x g g g g g g C αβδ=--=---=-+=++=--=则:平方逼近误差:6,通过实验获得以下数据:u i 0 1 9 16 v i11/21/31/4请用最小二乘法求形如011v c c u=+的经验公式,并求平方误差.(2006-2007)011:c c u v=+解答转化题型四:代数精确度1,确定参数α,使求积公式20()[(0)()]['(0)'()]2hhf x dx f f h h f f h α≈++-⎰的代数精确度尽可能高,并求其代数精确度.(2010-2011)23322442320()1,,()1(),=121()()(0)(03)2121()()0+)(04)212()[(0)()]['(0)'()]2h h h f x x f x f x x h f x x f x dx h h h h f x x f x dx h h h hf x dx f f h h f f h αα====++-=≠+-≈++-⎰⎰⎰解答:令显然成立令得又时:时:(故具有三次代数精确度.2,确定参数A 1,A 2,使求积公式12()()(0)()3hhhf x dx A f h A f f h -≈-++⎰的代数精确度尽可能高,并求其代数精确度.(2009-2010) 3,建立高斯型求积公式1211221()()()x f x dx A f x A f x -≈+⎰.(2009-2010)231212113112211224112211335112211212000010001,23025031,53()1(,)0,()(,)x A A x dx A x A x x dx A x A x x dx A x A x x dx x A A g x xg g g x x xg g ααα----+==+==+==+===-=-======-=⎰⎰⎰⎰解答:法一:已知求积公式有3次代数精确度,令f(x)=1,x,x 得解上述方程组得:x 法二:构造二次正交多项式11110110022110021211222112111221121(,)(,)30,(,)(,)53()()()()53()0,511,33133()[()()]355xg g g g g g g g g x x g x g x x g x x x x x x A x dx A x dx x x x x x f x dx f f βαβρ---=====--=-==-=---=⋅==⋅=--≈-+⎰⎰⎰令得高斯点: x 故高斯型求积公式为:方法三:设[-1,1]上权(x)2221221122122121122221122331122212121().223()0,+0,5352()0,0,053().52:3250()()(),(g x x ax b b x g x dx b a x xg x dx a g x x A A A x A x A x A x A x A x x x x x x x c x c x ϕϕ--=++===-⋅====-+=+=+=+==--=++⎰⎰=x ,首项系数为1的二次正交多项式为则有:即即所以剩下步骤同法二.法四显然222221122111122212211221112221222332211122211221112221122112)()0()()()()()()()2230,535()()()()()20,053(),5x A x A x A x c x c A x c x c A x A x c A x A x c A A c c A x x A x x A x A x c A x A x c A x A x c c x x ϕϕϕϕϕϕ==+=+++++=+++++=+==-+=+++++====-剩下步骤同法二.4,确定求积公式()()(0)()hhf x dx Af h Bf Cf h -≈-++⎰中的参数A,B,C ,使其代数精度尽量高,并指出其代数精确度.(2008-2009B) 5,确定求积公式1211123()()()()343234f x dx f f f ≈-+⎰的代数精确度.(2006-2007B) 6,确定下列求积公式中的参数,使求积公式的代数精确度尽可能高,并求出代数精确度10120113()()()()424f x dx A f A f A f ≈++⎰.(2005-2006)7,确定下列求积公式中的参数,使求积公式的代数精确度尽可能高,并求出代数精确度101()()(0)()hhf x dx A f h A f A f h --≈-++⎰.(2004-2005)8,已知h>0,建立高斯型求积公式:21122()()()hhx f x dx A f x A f x -≈+⎰.(2011-2012)题型五:求积公式的最少节点数1,设定积分32x e dx -⎰,问用复化辛普森(Simpson)求积公式进行计算,要求误差小于10-6,所需要的最少节点数为多少?(2010-2011)(4)2244(4)461(),()16301[]||()|101801801696017.0519.x xS f x e fx eb a h f h f h b ahη---==--=-≤⋅=<-=解答:复化辛普森公式截断误差:|R 解得:h<0.176,n>故应取个节点2,设定积分13x edx -⎰,问用复化梯形求积公式进行计算,要求误差小于10-6,所需要的最少节点数为多少?(2009-2010)(2)3322(2)261(),()9101[]||()|10121891622.8.x x T f x e f x e b a h f h f h b ahη---==--=-≤⋅=<-=解答:复化梯形公式截断误差:|R 解得:h<0.357,n>故应取4个节点3,给定积分2cos2xdx ⎰,问用复化梯形求积公式和复化辛普森(Simpson)求积公式进行计算,要求误差小于10-6,所需要的最少节点数各为多少?(注:2(2)4(4)[](),[](),[,]122880T S b a b a R f h f R f h f a b ηηη--=-=-∈)(2008-2009B) 4,给定积分14x edx -⎰,问用复化梯形求积公式和复化辛普森(Simpson)求积公式进行计算,要求误差小于10-6,所需要的最少节点数各为多少?(2007-2008) 5,给定积分21Inxdx ⎰,问用复化梯形求积公式和复化辛普森(Simpson)求积公式进行计算,要求误差小于10-6,所需要的最少节点数各为多少? (已知:2(2)4(4)1212[](),[](),,(,)12180T S b a b a R f h f R f h f a b ηηηη--=-=-∈)(2006-2007) 6,用积分82122dx In x=⎰计算In2,要使所得近似值具有7位有效数字,问用复化辛普森求积公式至少需要取多少个节点?(2005-2006)4(4)8(4)52(4)-744(4)4-7[](),[2,8]18011122,(),()223|()|,[2,8]817[]102631[]||()|101801808802820.04472,S S S b a R f h f In dx f x f x x x xf x x R f b a h R f h f h h n hηηη-=-∈===≤∈≤⨯-=-≤⋅=≤⨯-≤≥=⎰解答:复化辛普森公式截断误差公式:则使所得的近似值具有位有效数字,即令:|134.2137故至少需要取个节点.7,用积分6213dx In x=⎰计算In3,要使所得近似值具有5位有效数字,问用复化梯形求积公式至少需要取多少个节点?(2004-2005) 8,对于定积分1()If x dx =⎰,当M 2=1/8,M 4=1/32,用11点的复化辛普森(Simpson)求积公式求I 的截断误差为R s [f],用n 个节点的复化梯形求积公式求I 的截断误差为R T [f],要使R T [f]≤R s [f],n 至少是多少?(M 2=max|f ”(x)|,M 4=max|f (4)(x)|,[0,1]x ∈).(2011-2012)题型六:Doolittle 分解及方程组求解1,求矩阵212454635⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭的Doolittle 分解.(2010-2011) 212100212454210030635321001LU ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎪== ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪---⎝⎭⎝⎭⎝⎭解答:A=2,求矩阵114103241⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭的Doolittle 分解.(2009-2010) 3,设线性方程组123410135114152410162116x x x x ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪⋅= ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (1),对方程组的系数矩阵A 作Doolittle 分解;(2),用所得的Doolittle 分解求该线性方程组的解.(2007-2008&2005-2006)1234123410001013101311000132114124100013224101119162116210001313191,,,)(5,0,11,)13,,,)(1,1,1,1).T TT T A LU LY b y y y UX Y x x x --⎛⎫⎛⎫--⎛⎫ ⎪⎪- ⎪ ⎪⎪-⎪=== ⎪⎪--- ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪-- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭==---==--解答:由得:(y 由得:(x4,设线性方程组123411415101312410762118x x x x -⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪-- ⎪⎪ ⎪⋅=⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (1),对方程组的系数矩阵A 作Doolittle 分解;(2),用所得的Doolittle 分解求该线性方程组的解.(2006-2007)5,设线性方程组:12312312323153478113x x x x x x x x x ++=+-=-++=-(1),对方程组的系数矩阵A 作Doolittle 分解;(2),利用上述分解结果求解该线性方程组.(2004-2005)6,用高斯顺序消去法求解线性方程组:13241234242532431737x x x x x x x x x x +=+=+++=+=.(2010-2011)432110205102051020*******101301013=124317022312002160103701037000242,2,1, 1.x x x ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪→→⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭====解答:增广矩阵回代求解:x 7,用高斯顺序消去法求解线性方程组:1231231233472212320x x x x x x x x x -+=-+-=---=.(2009-2010)题型七:条件数及范数1,求线性方程组1212391078981510x x x x x --=+==的系数矩阵A 的条件数cond 1(A),并说明其含义.(2010-2011)1111191008900015910089010015()||||||||19193611A A cond A A A A b ----⎛⎫ ⎪= ⎪⎪⎝⎭⎛⎫ ⎪-- ⎪= ⎪⎪⎪⎝⎭==⨯=解答:系数矩阵条件数远大于,这说明当和有小扰动时会引起解的较大误差,即该方程组是病态的.2,设矩阵15000910089A ⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪⎝⎭,求cond ∞(A).(2009-2010) 3,设三阶对称矩阵A 的特征值分别为:-2,1,3,求||A||2及cond 2(A).(2007-2008)222max max max 111-122-12max max max 1222||||()()()3||||(())()=()=1()|||||||| 3.T T A A A A A A A A A A cond A A A λλλλλλ----========解答:()则:4,若n 元线性方程组Ax=b 为病态的,可以得到关于系数矩阵A 的什么性质.(2006-2007)5,若111123124A ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭,求cond 1(A).(2005-2006)求cond ∞(A).(2004-2005) 6,设1231032475A -⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭,求1||||||||A A ∞与.(2007-2008)7,若1234A ⎛⎫= ⎪⎝⎭,求谱半径()A ρ.(2005-2006)5332ρ+解答:最大特征值:(A)=题型八:雅可比迭代与高斯-赛德尔迭代1,写出求解方程组1231231237321241021534818x x x x x x x x x -+=--=--=的雅可比迭代公式,并说明其收敛性.(2010-2011)(1)()()123(1)()()213(1)()()312(0)1(3212)71(4215)101(3418)87324102348.k k k k k k k k k J x x x x x x x x +++=-+=--++=--++-⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪--⎝⎭解答:雅可比迭代公式为:x 雅可比迭代法迭代矩阵:B 严格对角占优,故求解该方程组的雅可比迭代法关于任意初始向量x 收敛2,设有方程组:132********2112212x x x x x x x -=+=-++=,讨论用雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法解此方程组的收敛性.(2010-2011)112330200030000202100002000121221000200020031()002110211||0,=0=-=-12J J J L D U B D L U E B B λλλλρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪=++=++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫ ⎪ ⎪⎪=-+=- ⎪ ⎪⎪- ⎪⎝⎭-=解答:A=雅可比迭代矩阵:得,()<1,故用雅可比迭代法解答此方程组对任意(0)1123(0)20031-()00211001211||0,=012-S S S B D L U E B B λλλλρ-⎛⎫ ⎪ ⎪⎪=-+=- ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭-===初始向量x 都收敛.高斯赛德尔迭代矩阵:得,()<1,故用高斯赛格尔迭代法解答此方程组对任意初始向量x 都收敛.3,写出求解方程组:123123123532124721535818x x x x x x x x x -+=--=--=的高斯-赛德尔迭代公式,并说明收敛性.(2009-2010)4,用雅可比迭代法求解以313132323A ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪-⎝⎭为系数矩阵的线性方程组时,确定其收敛性.(2009-2010)5,设线性方程组123123123221162222x x x x x x x x x -+=-+-=--+=-,讨论分别用雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法解此线性方程组的收敛性,若收敛,请给出迭代格式.(2008-2009B)6,设线性方程组:1231231232215202225x x x x x x x x x +-=-++=++=-(1),证明求解该方程组的雅可比迭代法关于任意初始向量收敛;相应的高斯-赛德尔迭代法不是关于任意初始向量收敛;(2),取(0)(0,0,0)T x =,用雅可比迭代法进行求解,要求(1)()5||||10k k xx +--<.(2007-2008)11231123022()101220||0,===0)1022()023002||0,0,2,)1-J J J S S S D L U E B D L U E λλλλρλλλλρ---⎛⎫ ⎪=-+=-- ⎪⎪--⎝⎭-=<-⎛⎫⎪=-+=- ⎪⎪⎝⎭-====>解答:(1):B B 解得:,(B B 解得:(B 所以用雅可比迭代法解此方程组对任意初始向量都收敛,而用高斯赛德尔迭代法解此方程组不是对任意初始向量都收敛.(2):(1)()()123(1)()()213(1)()()312(0)(1)(2)(3)(4)2215202225(0,0,0)(15,20,25)(105,60,35)(205,160,65)(205,160,65)k k k k k k k k k T T T TTx x x xx x x x x x x x x +++=-+-=--+=---==--=--=-=-雅可比迭代公式:x 当时,计算得:(精确解).7,设线性方程组:123123123821027325431111x x x x x x x x x ++=--++=-+=-(1),写出求解该方程组的雅可比迭代法的迭代公式和高斯-赛德尔迭代法的迭代公式,并确定其收敛性; (2),取(0)(0,0,0)T x=,用高斯-赛德尔迭代法计算x(3).(2006-2007)8,设线性方程组Ax=b 的系数矩阵232131t A t t ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪-⎝⎭,其中t<0,问t 取何值时雅可比迭代法关于任意初始向量都收敛.(2006-2007)12122223021()0310422||()0=0=-,=)12||<1,t<-2,or t>20, 2.J J J t t D L U t t t t E B t t ttt t λλλλλλρ-⎛⎫-- ⎪ ⎪ ⎪=-+=-- ⎪ ⎪ ⎪- ⎪⎝⎭-=-=<<<-解答:雅可比迭代矩阵B 得,,雅可比迭代法对于任意初始向量都收敛,则(B 即:得又故9,1),设线性方程组:121232343243430424x x x x x x x +=+-=-+=-写出求解该方程组的雅可比迭代法的迭代公式,并确定该迭代法的收敛性;2),设线性方程组:123123123104413410811481025x x x x x x x x x ++=++=++=写出求解该方程组的高斯-赛德尔迭代法的迭代公式,并确定该迭代法的收敛性.(2004-2005)10,给定方程组:1231231232251223x x x x x x x x x +-=++=++=(1),用三角分解法解此方程组;(2),写出解此方程组的雅可比迭代公式,说明收敛性;取初始向量x 0=(0,0,0)T,当21||||10k kx x -+-<时,求其解.(2011-2012)11,设()21253sin 3421sincos 4134tan 5k k k k k k k Ak k k kkk⎛⎫- ⎪+ ⎪ ⎪= ⎪+ ⎪ ⎪+ ⎪⎝⎭,求()lim k k A →∞.(2007-2008)()020lim 021205K k A →∞⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭解答:12,若()()11,lim 1sin sin k k k k k k AA k k k k →∞⎛⎫⎪+=⎪ ⎪⎪⎝⎭求.(2004-2005)()01lim 10K k A→∞⎛⎫= ⎪⎝⎭解答: 题型九:非线性迭代1,设计一个算法求125的值.(2008-2009B)101125(),0.2k k kx x x +=+>解答:牛顿迭代公式:x2,给出用牛顿法求6170的近似值的迭代公式,并确定初值的取值范围.(2010-2011)6661556'5"4"*600066601050517017001701170[5]66()170,()60,()300170()()0,.1170170170(5)17061170()(5)6k k k k k kx x x x x x x x f x x f x x f x x x f x f x x x x x x g x x x +=-=-=-=+=-=>=>>⋅><-=+-=+-解答:转化为方程的正根.由牛顿迭代法得迭代公式:当时,故此时收敛到当0<时,设66'6666611*60170,(0,170)1850()(5)0,(0,170),()(170)0,6:1700,170,(0,170),.0.x g x x g x g xx x x x x ∈=-<∈>=->>∈>故故回到前段.所以当迭代公式也收敛到综上:3,给出用牛顿法求5140近似值的迭代公式,并给出初值的取值范围.(2009-2010)解答:方法同上.4,设φ(x)=x+c(x 2-5),当c 为何值时,x k+1=φ(x k ),(k=0,1,2…)产生的序列{x k }收敛于5;又c 为何值时收敛最快?(2010-2011)2''**1**'*5),||<1,||<1110,=50;51.25k k cx x c ϕϕϕϕϕ+-=-<<-<<解答:(x)=x+c(x (x)=1+2cxx (x )收敛,则有(x )即1+2cx 又,则当(x )=0,即c=-时,收敛最快5,设2()(3)x x c x ϕ=+-,应如何选取常数c 才能使迭代1(),(0,1,2)k k x x k ϕ+==具有局部收敛性?C 取何值时,这个迭代收敛最快?取x 0=2,123c =-计算()x ϕ的不动点,要求当61||10k k x x -+-<时结束迭代.(2004-2005)****21*2'****'**1(),(3)3,()(3)()|133|12|1,11,3,-0,,0.333(2),()0+0,636(3),k k k x x x x c x x x x c x x cx cx x c or c x x ϕϕϕϕ++==+-=±=+-<+<-<<=±<<<<==±±解答:(1),令x 收敛于则故要局部收敛,即|又得根据收敛阶定理,当时,迭代至少二阶收敛,即12cx 得c=故c=时,迭代收敛最快.迭代公式为:2012346*431(3)2321.7113248651.7319268031.7320508041.732050808|10,: 1.732050808.k k x x x x x x x x x x -=--=====-<=又因为|故6,方程x 3-3x-1=0在x=2附近有一根,构造一个局部收敛的不动点迭代法,并说明收敛的理由.(2009-2010)3'3223132(1.5) 1.765174168,(2.5) 2.040827551[1.5,2.5]()[1.5,2.5]11()|||0.33,(13) 5.5xx x x x x ϕϕϕϕϕ+===∈∈=≤<+解答:(x)=取的邻域[1.5,2.5]当时,又因为|故迭代在[1.5,2.5]上整体收敛.7,已知方程42()440f x x x =-+=有一个两重根02x =,请以初值x 0=1.5,用m 重根的牛顿迭代法计算其近似值,要求51||10k k x x -+-<.(2008-2009B)(P204例7.7)8,(1),已知方程240xex +-=在0.6附近有一根x ,迭代法214,0,1,2kx k x ek +=-=是否局部收敛?如果不收敛,试构造一个局部收敛的不动点迭代法,并说明收敛的理由.(2),取x 0=0.6,用你所构造的不动点迭代法求解该方程,迭代至x 5. (3),给出牛顿法求120的近似值的迭代公式,并给出初值的取值范围.(2007-2008)2'2'**1'''1(1):()4,()2|()|1,(0),1(4)211(4),()22(4)1(0)2,(1)3()[0,1]21()||(1)|161(4)2x xk k k k x e x e x x x In x In x x x In In x x x In x ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ++=-=->>=---=-==∈≤=<=-解答:故该迭代公式不是局部收敛的.构造:理由:取邻域[0,1](x)=故又|故迭代式在[0,1]上整体收敛11021324354101(2),(4),21(4)0.61188771521(4)0.61013645921(4)0.61039483321(4)0.61035672221(4)0.61036234421120(3),(),0.2k k k k kx In x x In x x In x x In x x In x x In x x x x x ++=-=-==-==-==-==-==+>.则9,给定方程x 2+x-2=0,[0,2]x ∈,采用迭代公式xk+1=x k +c(x k 2+x k -2),(k=0,1,2…)求其根,问当c 为何值时,迭代法收敛?又当c 为何值时,迭代法收敛最快?(2011-2012)*2'''1,()(2)()1(21)2(1)||1(21)|1,-0.31(1)=03x x x c x x x c x c c ϕϕϕϕ==++-=++=++<<<解答:当|即时,线性收敛当,即c=-时收敛最快.10,给定方程230x xe -=,[3,4]x ∈(1),构造一种线性收敛的不动点迭代公式求该方程的根(含迭代公式,初值取何值或何区间,迭代法收敛的原因); (2),构造一种二次收敛的不动点迭代公式求该方程的根(含迭代公式,初值取何值或何区间,迭代法收敛的原因).(2011-2012)21111'12102'"0(1),()(3),3.29(3)()(4) 3.8712(),[3,4]23(3),(0,1,2,)[3,4].(2),()3,[3,4](3)0,(4)0()60,()60,[3,4]3k k x x x x In x x x x In x k x f x x e x f f f x x e f x e x x ϕϕϕϕϕ+==≤≤=≤≤∈==∈=-∈><=-<=-<∈=解答:故不动点迭代公式:x 对于任意初值收敛取初值时,牛顿213.6kkx kk k x k x ex x x e+-=--迭代法:收敛,且二次收敛11,方程x 3-x 2-1=0在x=1.5附近有根,建立一个收敛的迭代公式,并证明其收敛性.(2004-2005)122''33312111.51()1(1.3) 1.591715976,(1.6) 1.390625[1.3,1.6]()[1.3,1.6]222(),|()|||0.921.311k k k kx x x x x x x x x x x x x ϕϕϕϕϕϕ++=+==+==∈∈=-=-≤<=+解答:取的邻域[1.3,1.6]故当时,又故迭代公式:在[1.3,1.5]上整体收敛.12,(1),已知方程1020x e x +-=在0.09附近有一根x,迭代法1(210),(0,1,2)k k x In x k +=-=是否局部收敛?如果不收敛,请构造一个局部收敛的不动点迭代法,并说明收敛的理由;(2),取x 0=0.09,用局部收敛的迭代法计算x 5; (3),用牛顿法求3234的近似值,并给出初值的取值.(2006-2007)'''*1''5(1),()(210),()15|()|1,[0,1],|()|>1.11510111(),()51010(0)0.1,(0.12)0.087250323[0,0.12]()[0,0.12]()|kx k x xx In x x xx x x x e x e x e x x x ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ+-=-=->∈=-=-=-==∈∈≤解答:显然故该迭代公式不是局部收敛的构造:因为取[0,0.12]邻域考察故当时,又|'0.12110.09010.09058257820.09051881530.0905241|(0.12)|||0.1131101151011(2),510110.09,0.090582578510110.090518815510110.09052579651011510k kx k x k e x e x e x x e x e x e x e ϕ++=-<<=-=-==-==-==-==-故迭代公式:在[0,0.12]上整体收敛.57960.09052503151200.090525031110.0905251155102117(3),()30.k k k x e x x x +==-==+>使用迭代公式:进行求解.初值:x13,设方程x 3-3x-1=0在x=2附近有根;1),证明该方程在区间[1.5,2.5]内有唯一根x *;2),确定迭代函数φ(x).当初始值x 0在何区间取值时,迭代公式x k+1=φ(x k ),(k=0,1,2…)收敛到x *,并说明理由. 3),写出求解该方程组的牛顿法迭代公式,当初始值x 0在何区间取值时,牛顿法迭代公式收敛到x,并说明理由.取x 0=1.8,用牛顿法迭代公式计算x,要求(1)()4||||10k k x x +--<.4),写出求解该方程的弦截法迭代公式,当初始值在何区间取值时,弦截法迭代公式收敛到x,并说明理由.(2005-2006)3'2'331223(1),()31,()33(1.5) 2.125,(2.5)7.125(1.5)(2.5)0,()0()0,[1.5,2.5][1.5,2.5].(2),3121(3),,3333()3k k k k k k k f x x x f x x f f f f f x f x x x x x x x x x f x x +=--=-=-=⋅<=>∈--+=-=--=-解答:证明:故在[1.5,2.5]内有根.又故方程在区间内有唯一根牛顿法迭代公式:'2"1,()33,()6x f x x f x x-=-=题型十:稳定算法1,对给定的x ,下列两式能否直接计算,说明理由;如果不能,请给出变换算式:(1)21x x +-,x 很大;(2)311x +-,|x|很小.(2010-2011)223331(1):1111=.1+1x x x x x x x +-=+++-+解答:不能直接计算,因为两个相近的数相减,会产生较大的误差:;2,为了提高计算精度,当正数x 很大时,计算1x x +-时应转化成什么形式.(2005-2006)3,给出计算积分1,(0,1,2,10)10nnx I dx n x ==+⎰的递推稳定算法和初值.(2010-2011) 1111111000-11110002010101101010101=101011111)11101010(1)11121[].2111)101)220(1)n n n n n n n n n n x x dx x dx x dx I I x x nn n x x x dx dx dx n x n n n n ----+-===-=-++-=<<=+++=+=+++⎰⎰⎰⎰⎰⎰解:I 该算法不稳定,变形得:I 因为(取初值I ((4,设计一种求1x n nI e x dx =⎰(n 为非负整数)稳定的递推算法,包括递推公式,初值的确定;当初值201221e I =⋅时,利用上述稳定的递推公式计算三个连续的积分值.(2011-2012)题型十一:部分证明题1,利用差分的性质证明:12+22+…n 2=n(n+1)(2n+1)/6222()12,g n n n =++证明:设函数对任意的建立差分表:g(n)(n+1)22n+3 2 g(n+1) (n+2)2 2n+5 2 g(n+2) (n+3)2 2n+7 g(n+3) (n+4)2 g(n+4)函数g(n)的三阶差分是与n 无关的非零常数,故g(n)是n 的三次多项式:3(1)1,(2)5,(3)14,(4)30111()()14521231(1)(2)(1)(2)(3)(1)(21)14521!2!3!6g g g g n n n g n N n n n n n n n n n n ====---⎛⎫⎛⎫⎛⎫==+++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭------++=+⋅+⋅+⋅=按等距节点牛顿向前插值公式建立三次插值多项式,则2,证明:n+1个互异节点的插值型求积公式的代数精确度至少为n.(2010-2011)(1)0()(),.(1)!n nbi ai f x x dx n ζ+=-+∏⎰证明:截断误差R[f]=易证 3,若0{()}ni i l x =是关于互异节点0{}ni i x =的拉格朗日插值基函数组,函数0011()()()(),(1)n n f x x l x x l x x l x n =++≥,证明:f(x)≡x.(2009-2010)00110()()()()()()()()n n i i n n i f x L x f x l x x l x x l x x l x f x x=≈==+++≡∑证明:故:4,证明:0101'()[()()]"()2hf x f x f x f h ζ=--,其中h=x 1-x 0,01(,)x x ζ∈.(2009-2010)"'20000"'211001010'"010())()()()2!(),())()()()2!1()[()()]()2f f x x x x x f x x f x f x x x x x hf x f x f x f h ζζζ+-+-==+-+-=--证明:由泰勒公式得f(x)=f(x 令则f(x 整理得: 5,证明:关于互异节点0{}ni i x =的拉格朗日插值基函数0{()}ni i l x =满足恒等式012()()()()1n l x l x l x l x +++≡.(2008-2009B)(2006-2007B)(2004-2005)120(1)(1)1010()1,(),,1=L ()()()()()()()1,()0,()()0(1)!()()()()1n n n n i n i n n n n ni n i f x f x x x x x R x l x f x R x f f x fx R x W x n l x l x l x l x ζ=+++==+=+=≡==+=+++≡∑∑证明:令对在上进行拉格朗日插值,有因故故:6,证明求积公式()[()()]2bab af x dx f a f b -≈+⎰的截断误差:3"()[](),12f R f b a ηη=--∈其中:(a,b).(2007-2008) (1)001(2)(2)(2)33()()(1)!1,,()()()1"()()()()()()()2!2!2!612n nb i ai b b aa f x x dx n n x a xb f f f f x a x b dx x a x b dx a b b a ζζηηη+=-+===--=--=⋅-=--∏⎰⎰⎰证明:插值型求积公式截断误差R[f]=R[f]=7,设矩阵A 为可逆上三角阵,证明A -1仍为上三角阵,并导出求逆算法.(2006-2007B)8,设x k =a+kh(k=0,1,2;h>0),f(x)的三阶导数连续,证明:2(3)102021'()[()()](),(,)26h f x f x f x f x x h ζζ=-+-∈其中为中值.(2011-2012)001122120201201201021012202112020101222,),,),,)()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(22x y x y x y x x x x x x x x x x x x x f x f x f x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x f x f x f x h h h ------=++------------=-+证明:过(((的拉格朗日插值多项式为:L 12'2102(3)201202(3)'''1210122'(3)10202)1()[()()]2()()()()()(),(,)3!()()()[()()()]3!1()[()()](),(,)26x x L x f x f x hf f x L x x x x x x x x x f f x L x x x x x x x h f x f x f x f x x h ηηηζζ==-+-=---∈-=---=-+-∈又故:。

数值分析期末复习题

数值分析期末复习题

数值分析期末复习题⼀、填空题1.设真值x=983350,则其近似值y=98000的有效数字的位数,绝对误差为,相对误差为。

2.x=0.1062,y=0.947,计算x+y 其有效数字的位数为。

3.对f(x)=x 3+x+1,差商f[0,1,2,3]= ;f[0,1,2,3,4]= 。

4.设f(x)可微,求⽅程x=f(x)根的⽜顿迭代法格式是。

5.设⽅程x=?(x)有根x *,且设?(x)在含x *的区间(a,b)内可导,设x 0∈(a,b)则迭代格式x k+1=?(x k )收敛的充要条件为。

6.求解线性⽅程组Ax=b 的迭代格式x (k+1)=Jx (k)+f 收敛的充要条件为。

7.=011001001001....A ,||A||∝= ,cond(A)∝= 。

8.n 次Legendre 多项式的最⾼次项系数为。

9.中矩形公式:)()2()(a b b a f dx x f b a -+=?的代数精度为。

10.求积公式:)1(21)0()(10f f dx x f '+≈?的代数精度为。

11.在区间[1,2]上满⾜插值条件??==3)2(1)1(P P 的⼀次多项式P(x)= 。

12.设∑==n k k k n x f A f I 0)()(是函数f(x)在区间[a,b]上的插值型型求积公式,则 ∑=n k k A0= 。

13.梯形公式和改进的Euler 公式都是阶精度的。

⼆、计算题1.利⽤矩阵的⾼斯消元法,解⽅程组=++=++=++2053182521432321321321x x x x x xx x x2.设有函数值表试求各阶差商,并写出Newton 插值多项式。

3.求解超定⽅程组= ?43231211121x x的最⼩⼆乘解。

4.给定下列函数值表:求3次⾃然样条插值函数5.给定x x f =)(在x=100, 121, 144 三点处的值,试以这三点建⽴f(x)的⼆次(抛物)插值公式,利⽤插值公式求115的近似值并估计误差。

数值分析期末试题

数值分析期末试题

数值分析期末试题一、填空题(20102=⨯分)(1)设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=283012251A ,则=∞A ______13_______。

(2)对于方程组⎩⎨⎧=-=-34101522121x x x x ,Jacobi 迭代法的迭代矩阵是=J B ⎥⎦⎤⎢⎣⎡05.25.20。

(3)3*x 的相对误差约是*x 的相对误差的31倍。

(4)求方程)(x f x =根的牛顿迭代公式是)('1)(1n n n n n x f x f x x x +--=+。

(5)设1)(3-+=x x x f ,则差商=]3,2,1,0[f 1 。

(6)设n n ⨯矩阵G 的特征值是n λλλ,,,21 ,则矩阵G 的谱半径=)(G ρi ni λ≤≤1max 。

(7)已知⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1021A ,则条件数=∞)(A Cond 9(8)为了提高数值计算精度,当正数x 充分大时,应将)1l n (2--x x 改写为)1ln(2++-x x 。

(9)n 个求积节点的插值型求积公式的代数精确度至少为1-n 次。

(10)拟合三点))(,(11x f x ,))(,(22x f x ,))(,(33x f x 的水平直线是)(3131∑==i i x f y 。

二、(10分)证明:方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-+=++=+-12112321321321x x x x x x x x x 使用Jacobi 迭代法求解不收敛性。

证明:Jacobi 迭代法的迭代矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=05.05.01015.05.00J BJ B 的特征多项式为)25.1(5.05.0115.05.0)det(2+=---=-λλλλλλj B IJ B 的特征值为01=λ,i 25.12=λ,i 25.13-=λ,故25.1)(=J B ρ>1,因而迭代法不收敛性。

三、(10分)定义内积⎰=1)()(),(dx x g x f g f试在{}x SpanH ,11=中寻求对于x x f =)(的最佳平方逼近元素)(x p 。

数值分析题库

数值分析题库

一. 单项选择题(每小题2分,共10分)1. 在下列四个数中,有一个数具有4位有效数字,且其绝对误差限为 51021-⨯,则该数是( ) A 0.001523 B 0.15230 C 0.01523 D 1.52300 2. 设方阵A 可逆,且其n 个特征值满足:n λλλ>≥> (21),则1-A 的主特征值是( )A11λ B nλ1 C1λ或n λ D 11λ或nλ13. 设有迭代公式→→+→+=fxB x k k )()1(。

若||B|| > 1,则该迭代公式( )A 必收敛B 必发散C 可能收敛也可能发散4. 常微分方程的数值方法,求出的结果是( )A 解函数B 近似解函数C 解函数值D 近似解函数值 5. 反幂法中构造向量序列时,要用到解线性方程组的( ) A 追赶法 B LU 分解法C 雅可比迭代法D 高斯—塞德尔迭代法二. 填空题(每小题4分,共20分)1. 设有方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+-=+-=+02132432132132x x x x x x x x ,则可构造高斯—塞德尔迭代公式为⎪⎩⎪⎨⎧2. 设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=111112101A ,则=∞A3. 设1)0(,2'2=+=y y x y ,则相应的显尤拉公式为=+1n y4. 设1)(+=ax x f ,2)(x x g =。

若要使)(x f 与)(x g 在[0,1]上正交,则a =5. 设T x )1,2,2(--=→,若有平面旋转阵P ,使P →x 的第3个分量为0,则P =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡ 三. 计算题(每小题10分,共50分)1. 求27的近似值。

若要求相对误差小于0.1%,问近似值应取几位有效数字?2. 设42)(x x x f -=,若在[-1,0]上构造其二次最佳均方逼近多项式,请写出相应的法方程。

3. 设有方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=-+1221122321321321x x x x x x x x x ,考察用雅可比迭代解此方程组的收敛性。

数值分析报告期末考试复习题及其问题详解

数值分析报告期末考试复习题及其问题详解

数值分析期末考试复习题及其答案1. 已知325413.0,325413*2*1==X X 都有6位有效数字,求绝对误差限。

(4分)解:由已知可知,n=65.01021,0,6,10325413.0016*1=⨯==-=⨯=ε绝对误差限n k k X 2分 620*21021,6,0,10325413.0-⨯=-=-=⨯=ε绝对误差限n k k X 2分2. 已知⎢⎢⎢⎣⎡=001A 220- ⎥⎥⎥⎦⎤440求21,,A A A ∞ (6分) 解:{},88,4,1max 1==A 1分 {},66,6,1max ==∞A 1分 ()A A A T max 2λ= 1分⎢⎢⎢⎣⎡=001A A T 420 ⎥⎥⎥⎦⎤-420⎢⎢⎢⎣⎡001 220- ⎥⎥⎥⎦⎤440=⎢⎢⎢⎣⎡001 080 ⎥⎥⎥⎦⎤3200 2分 {}3232,8,1max )(max ==A A T λ 1分 24322==A3. 设32)()(a x x f -= (6分) ① 写出f(x)=0解的Newton 迭代格式② 当a 为何值时,)(1k k x x ϕ=+ (k=0,1……)产生的序列{}k x 收敛于2解:①Newton 迭代格式为:xa x x x ax a x x a x x x f x f x x k k k k k k k k k k 665)(665)(6)()(')(22321+=+=---=-=+ϕ 3分②时迭代收敛即当222,11210)2(',665)('2<<-<-=-=a a x a x ϕϕ 3分4. 给定线性方程组Ax=b ,其中:⎢⎣⎡=13A ⎥⎦⎤22,⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=13b 用迭代公式)()()()1(k k k Ax b x x -+=+α(k=0,1……)求解Ax=b ,问取什么实数α,可使迭代收敛(8分)解:所给迭代公式的迭代矩阵为⎥⎦⎤--⎢⎣⎡--=-=ααααα21231A I B 2分其特征方程为 0)21(2)31(=----=-αλαααλλB I 2分即,解得αλαλ41,121-=-= 2分 要使其满足题意,须使1)(<B ρ,当且仅当5.00<<α 2分5. 设方程Ax=b ,其中⎢⎢⎢⎣⎡=211A 212 ⎥⎥⎥⎦⎤-112,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=765b 试讨论解此方程的Jacobi 迭代法的收敛性,并建立Gauss-Seidel 迭代格式 (9分)解:U D L A ++=⎢⎢⎢⎣⎡--=+-=-210)(1U L D B J 202-- ⎥⎥⎥⎦⎤-012 3分0,03213=====-λλλλλJ B I 2分即10)(<=J B ρ,由此可知Jacobi 迭代收敛 1分 Gauss-Seidel 迭代格式:⎪⎩⎪⎨⎧--=--=+-=++++++)1(2)1(1)1(3)(3)1(1)1(2)(3)(2)1(12276225k k k k k k k k k x x x x x x x x x (k=0,1,2,3……) 3分6. 用Doolittle 分解计算下列3个线性代数方程组:i i b Ax =(i=1,2,3)其中⎢⎢⎢⎣⎡=222A 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421,23121,,974x b x b b ==⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡= (12分)解:①11b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=9741x A=⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211=LU 3分 由Ly=b1,即⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡974 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡234 1分 由Ux1=y ,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x1=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡234 得x1=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 2分 ②22b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 由Ly=b2=x1,即⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡001 1分 由Ux2=y ,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡001 得x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 2分 ③33b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0由Ly=b3=x2,即⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-05.05.0 1分 由Ux3=y ,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-05.05.0 得x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-025.0375.0 2分7. 已知函数y=f(x)有关数据如下:要求一次数不超过3的H 插值多项式,使'11'33)(,)(y x H y x H i i == (6分)解:作重点的差分表,如下:3分21021101011001003))(](,,,[))(](,,[)](,[][)(x x x x x x x x f x x x x x x x f x x x x f x f x H --+--+-+= =-1+(x+1)-x(x+1)+2x.x(x+1)=232x x + 3分8. 有如下函数表:试计算此列表函数的差分表,并利用Newton 前插公式给出它的插值多项式 (7分)解:由已知条件可作差分表,3分i ih x x i =+=0 (i=0,1,2,3)为等距插值节点,则Newton 向前插值公式为: 033210022100003!3))()((!2))((!1)()(f h x x x x x x f h x x x x f h x x f x N ∆---+∆--+∆-+==4+5x+x(x-1)=442++x x 4分9. 求f(x)=x 在[-1,1]上的二次最佳平方逼近多项式)(2x P ,并求出平方误差 (8分)解:令22102)(x a x a a x P ++= 2分取m=1, n=x, k=2x ,计算得: (m,m)=dx ⎰-111=0 (m,n)=dx x ⎰-11=1 (m,k)= dx x ⎰-112=0(n,k)= dx x ⎰-113=0.5 (k,k)= dx x ⎰-114=0 (m,y)= dx x ⎰-11=1(n,y)=dx x⎰-112=0 (k,y)= dx x ⎰-113=0.5得方程组:⎪⎩⎪⎨⎧==+=5.05.005.011201a a a a 3分解之得c a a c a 2,1,210-=== (c 为任意实数,且不为零)即二次最佳平方逼近多项式222)(cx x c x P -+= 1分 平方误差:32),(22222222=-=-=∑=i i i y a fp f ϕδ 2分10. 已知如下数据:用复合梯形公式,复合Simpson 公式计算⎰+=10214dx x π的近似值(保留小数点后三位) (8分)解:用复合梯形公式:)}1()]87()43()85()21()83()41()81([2)0({1618f f f f f f f f f T ++++++++==3.139 4分用复合Simpson 公式: )}1()]43()21()41([2)]87()85()83()81([4)0({2414f f f f f f f f f S ++++++++==3.142 4分11. 计算积分⎰=20sin πxdx I ,若用复合Simpson 公式要使误差不超过51021-⨯,问区间]2,0[π要分为多少等分?若改用复合梯形公式达到同样精确度,区间]2,0[π应分为多少等分? (10分)解: ①由Simpson 公式余项及x x f x x f sin )(,sin )()4(==得544)4(2041021)1()4(360)(max )4(1802)(-≤≤⨯≤=≤n x f n f R x n πππππ 2分即08.5,6654≥≥n n ,取n=6 2分即区间]2,0[π分为12等分可使误差不超过51021-⨯ 1分②对梯形公式同样1)(''max 20≤≤≤x f x π,由余项公式得51021)2(122)(-⨯≤≤n f R n ππ2分即255,2.254=≥n n 取 2分即区间]2,0[π分为510等分可使误差不超过51021-⨯ 1分12. 用改进Euler 格式求解初值问题:⎩⎨⎧==++1)1(0sin 2'y x y y y 要求取步长h 为0.1,计算y(1.1)的近似值 (保留小数点后三位)[提示:sin1=0.84,sin1.1=0.89] (6分)解:改进Euler 格式为:⎪⎩⎪⎨⎧++=+=+-++-+)],(),([2),(1111n n n n n n n n n n y x f y x f hy y y x hf y y 2分 于是有⎪⎩⎪⎨⎧+++-=+-=+-++-+-+)sin sin (05.0)sin (1.012112121n n n n n n n n n n n n n x y y x y y y y x y y y y (n=0,1,2……) 2分 由y(1)=0y =1,计算得⎪⎩⎪⎨⎧=≈=+-=-838.0)1.1(816.0)1sin 11(1.01121y y y 2分 即y(1.1)的近似值为0.83813. ][],[],,[lim ],[),,(],,[)(0'000000'x f x x f x x f x x f b a x b a C x f x x ==∈∈→证明:定义:设(4分)证明:]['],[],[],[lim ][][lim]['00000000000x f x x f x x f x x f x x x f x f x f x x x x ===--=→→故可证出 4分14. 证明:设nn RA ⨯∈,⋅为任意矩阵范数,则A A ≤)(ρ (6分)证明:设λ为A 的按模最大特征值,x 为相对应的特征向量,则有Ax=λx 1分 且λρ=)(A ,若λ是实数,则x 也是实数,得Ax x =λ 1分而x x ⋅=λλ x A x ,⋅≤⋅⋅≤λ故x A Ax 2分由于A x 0x ≤≠λ得到,两边除以 1分故A A ≤)(ρ 1分 当λ是复数时,一般来说x 也是复数,上述结论依旧成立。

数值分析试题及答案

数值分析试题及答案

数值分析试题及答案一、选择题(每题3分,共30分)1. 下列关于数值分析的说法,错误的是()。

A. 数值分析是研究数值方法的科学B. 数值分析是研究数值方法的数学理论C. 数值分析是研究数值方法的误差分析D. 数值分析是研究数值方法的数学理论、误差分析及数值方法的实现答案:B2. 在数值分析中,插值法主要用于()。

A. 求解微分方程B. 求解积分方程C. 求解线性方程组D. 通过已知数据点构造一个多项式答案:D3. 线性方程组的解法中,高斯消元法属于()。

A. 直接方法B. 迭代方法C. 矩阵分解方法D. 特征值方法答案:A4. 牛顿法(Newton's method)是一种()。

A. 插值方法B. 拟合方法C. 迭代方法D. 优化方法答案:C5. 在数值分析中,下列哪种方法用于求解非线性方程的根?A. 高斯消元法B. 牛顿法C. 雅可比方法D. 斯托尔-温格尔方法答案:B6. 下列关于误差的说法,正确的是()。

A. 绝对误差总是大于相对误差B. 相对误差总是小于绝对误差C. 误差是不可避免的D. 误差总是可以消除的答案:C7. 在数值分析中,下列哪个概念与数值稳定性无关?A. 条件数B. 截断误差C. 舍入误差D. 插值多项式的阶数答案:D8. 用泰勒级数展开函数f(x)=e^x,下列哪一项是正确的?A. f(x) = 1 + x + x^2/2! + x^3/3! + ...B. f(x) = 1 - x + x^2/2! - x^3/3! + ...C. f(x) = x + x^2/2 + x^3/6 + ...D. f(x) = x - x^2/2 + x^3/6 - ...答案:A9. 插值多项式的次数最多为()。

A. n-1B. nC. n+1D. 2n答案:B10. 下列关于数值积分的说法,错误的是()。

A. 梯形法则是一种数值积分方法B. 辛普森法则是一种数值积分方法C. 龙格法则是数值积分方法中的一种D. 数值积分方法总是精确的答案:D二、填空题(每题3分,共15分)1. 在数值分析中,条件数是衡量问题的______。

数值分析期末复习题

数值分析期末复习题

一、填空题1.设真值x=983350,则其近似值y=98000的有效数字的位数 ,绝对误差为 , 相对误差为 。

2.x=0.1062,y=0.947,计算x+y 其有效数字的位数为 。

3.对f(x)=x 3+x+1,差商f[0,1,2,3]= ;f[0,1,2,3,4]= 。

4.设f(x)可微,求方程x=f(x)根的牛顿迭代法格式是 。

5.设方程x=ϕ(x)有根x *,且设ϕ(x)在含x *的区间(a,b)内可导,设x 0∈(a,b)则迭代格式x k+1=ϕ(x k )收敛的充要条件为 。

6.求解线性方程组Ax=b 的迭代格式x (k+1)=Jx (k)+f 收敛的充要条件为 。

7.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=011001001001....A ,||A||∝= ,cond(A)∝= 。

8.n 次Legendre 多项式的最高次项系数为 。

9.中矩形公式:)()2()(a b b a f dx x f b a -+=⎰的代数精度为 。

10.求积公式:)1(21)0()(10f f dx x f '+≈⎰的代数精度为 。

11.在区间[1,2]上满足插值条件⎩⎨⎧==3)2(1)1(P P 的一次多项式P(x)= 。

12.设∑==n k k k n x f A f I 0)()(是函数f(x)在区间[a,b]上的插值型型求积公式,则 ∑=n k k A0= 。

13.梯形公式和改进的Euler 公式都是 阶精度的。

二、计算题1.利用矩阵的高斯消元法,解方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++2053182521432321321321x x x x x xx x x2.设有函数值表试求各阶差商,并写出Newton 插值多项式。

3.求解超定方程组⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛43231211121x x的最小二乘解。

4.给定下列函数值表:求3次自然样条插值函数5.给定x x f =)(在x=100, 121, 144 三点处的值,试以这三点建立f(x)的二次(抛物)插值公式,利用插值公式求115的近似值并估计误差。

数值分析期末试题及答案

数值分析期末试题及答案

数值分析期末考试试题一、单项选择题(每小题3分,共15分)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3 B .3和2 C .3和4 D .4和42. 已知求积公式()()211211()(2)636f x dx f Af f ≈++⎰,则A =( )A . 16B .13C .12D .233. 通过点()()0011,,,x y x y 的拉格朗日插值基函数()()01,l x l x 满足( )A .()00l x =0,()110l x = B .()00l x =0,()111l x =C .()00l x =1,()111l x = D . ()00l x =1,()111l x =4. 设求方程()0f x =的根的牛顿法收敛,则它具有( )敛速。

A .超线性B .平方C .线性D .三次5. 用列主元消元法解线性方程组1231231220223332x x x x x x x x ++=⎧⎪++=⎨⎪--=⎩ 作第一次消元后得到的第3个方程( ).A .232x x -+= B .232 1.5 3.5x x -+=C .2323x x -+= D .230.5 1.5x x -=-单项选择题答案1.A2.D3.D4.C5.B得 分 评卷人二、填空题(每小题3分,共15分)1. 设TX )4,3,2(-=, 则=1||||X ,2||||X = .2. 一阶均差()01,f x x =3. 已知3n =时,科茨系数()()()33301213,88C C C ===,那么()33C = 4. 因为方程()420x f x x =-+=在区间[]1,2上满足 ,所以()0f x =在区间内有根。

5. 取步长0.1h =,用欧拉法解初值问题()211yy yx y ⎧'=+⎪⎨⎪=⎩的计算公式 .填空题答案1. 9和292.()()0101f x f x x x --3. 18 4. ()()120f f < 5. ()1200.11.1,0,1,210.11k k y y k k y +⎧⎛⎫⎪ ⎪=+⎪ ⎪=+⎨⎝⎭⎪=⎪⎩得 分 评卷人三、计算题(每题15分,共60分)1. 已知函数211y x =+的一组数据:求分段线性插值函数,并计算()1.5f 的近似值.计算题1.答案()101x L x -=-()212x L x -=⨯-所以分段线性插值函数为()10.50.80.3x x L x x x ⎧-∈⎪=⎨-⎪⎩()1.50.8L =2. 已知线性方程组1231231231027.21028.35 4.2x x x x x x x x x --=⎧⎪-+-=⎨⎪--+=⎩(1) 写出雅可比迭代公式、高斯-塞德尔迭代公式;(2) 对于初始值()()00,0,0X =,应用雅可比迭代公式、高斯-塞德尔迭代公式分别计算()1X(保留小数点后五位数字).计算题2.答案1.解 原方程组同解变形为 1232133120.10.20.720.10.20.830.20.20.84x x x x x x x x x =++⎧⎪=-+⎨⎪=++⎩雅可比迭代公式为()()()()()()()()()1123121313120.10.20.720.10.20.830.20.20.84m m m m m m m m m x x x x x x x x x +++⎧=++⎪⎪=-+⎨⎪=++⎪⎩(0,1...)m = 高斯-塞德尔迭代法公式()()()()()()()()()1123112131113120.10.20.720.10.20.830.20.20.84m m m m m m m m m x x x x x x x x x ++++++⎧=++⎪⎪=-+⎨⎪=++⎪⎩ (0,1...)m =用雅可比迭代公式得()()10.72000,0.83000,0.84000X =用高斯-塞德尔迭代公式得()()10.72000,0.90200,1.16440X =3. 用牛顿法求方程3310x x --=在[]1,2之间的近似根 (1)请指出为什么初值应取2?(2)请用牛顿法求出近似根,精确到0.0001.计算题3.答案4. 写出梯形公式和辛卜生公式,并用来分别计算积分1011dx x +⎰.计算题4.答案确定下列求积公式中的待定系数,并证明确定后的求积公式具有3次代数精确度()()()()1010hhf x dx A f h A f A f h --=-++⎰证明题答案一、 填空(共20分,每题2分)1. 设2.3149541...x *=,取5位有效数字,则所得的近似值x= .2.设一阶差商()()()21122114,321f x f x f x x x x --===---,()()()322332615,422f x f x f x x x x --===--则二阶差商()123,,______f x x x =3. 设(2,3,1)TX =--, 则2||||X = ,=∞||||X 。

数值分析试题及答案

数值分析试题及答案

数值分析试题一、 填空题(2 0×2′)1.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=32,1223X A 设x =0.231是精确值x *=0。

229的近似值,则x 有 2位有效数字。

2. 若f (x )=x 7-x 3+1,则f [20,21,22,23,24,25,26,27]= 1 , f [20,21,22,23,24,25,26,27,28]= 0 . 3. 设,‖A ‖∞=___5 ____,‖X ‖∞=__ 3_____,‖AX ‖∞≤_15_ __。

4. 非线性方程f (x )=0的迭代函数x =ϕ(x )在有解区间满足 |ϕ’(x )| <1 ,则使用该迭代函数的迭代解法一定是局部收敛的。

5. 区间[a ,b ]上的三次样条插值函数S (x )在[a ,b ]上具有直到 2 阶的连续导数。

6. 当插值节点为等距分布时,若所求节点靠近首节点,应该选用等距节点下牛顿差商公式的 前插公式 ,若所求节点靠近尾节点,应该选用等距节点下牛顿差商公式的 后插公式 ;如果要估计结果的舍入误差,应该选用插值公式中的 拉格朗日插值公式 。

7. 拉格朗日插值公式中f (x i )的系数a i (x )的特点是:=∑=ni i x a 0)( 1 ;所以当系数a i (x )满足 a i (x )>1 ,计算时不会放大f (x i )的误差. 8. 要使20的近似值的相对误差小于0。

1%,至少要取 4 位有效数字。

9. 对任意初始向量X (0)及任意向量g ,线性方程组的迭代公式x (k +1)=Bx (k )+g (k =0,1,…)收敛于方程组的精确解x *的充分必要条件是 ρ(B)<1 。

10. 由下列数据所确定的插值多项式的次数最高是 5 。

11. 牛顿下山法的下山条件为 |f(xn+1)|〈|f (xn )| 。

12. 线性方程组的松弛迭代法是通过逐渐减少残差r i (i =0,1,…,n )来实现的,其中的残差r i = (b i —a i1x 1—a i2x 2-…—a in x n )/a ii ,(i =0,1,…,n )。

数值分析期末考试复习题及其答案

数值分析期末考试复习题及其答案

数值分析期末考试复习题及其答案1. 已知325413.0,325413*2*1==X X 都有6位有效数字,求绝对误差限.(4分)解:由已知可知,n=65.01021,0,6,10325413.0016*1=⨯==-=⨯=ε绝对误差限n k k X 2分 620*21021,6,0,10325413.0-⨯=-=-=⨯=ε绝对误差限n k k X 2分2. 已知⎢⎢⎢⎣⎡=001A 220- ⎥⎥⎥⎦⎤440求21,,A A A ∞ (6分)解:{},88,4,1max 1==A 1分 {},66,6,1max ==∞A 1分 ()A A A T max 2λ= 1分⎢⎢⎢⎣⎡=001A A T 420 ⎥⎥⎥⎦⎤-420⎢⎢⎢⎣⎡001 220- ⎥⎥⎥⎦⎤440=⎢⎢⎢⎣⎡001 080 ⎥⎥⎥⎦⎤3200 2分 {}3232,8,1max )(max ==A A T λ 1分 24322==A3. 设32)()(a x x f -= (6分) ① 写出f(x )=0解的Newton 迭代格式② 当a 为何值时,)(1k k x x ϕ=+ (k=0,1……)产生的序列{}k x 收敛于2解:①Newton 迭代格式为:xa x x x ax a x x a x x x f x f x x k k k k k k k k k k 665)(665)(6)()(')(22321+=+=---=-=+ϕ 3分②时迭代收敛即当222,11210)2(',665)('2<<-<-=-=a a x a x ϕϕ 3分4. 给定线性方程组Ax=b ,其中:⎢⎣⎡=13A ⎥⎦⎤22,⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=13b 用迭代公式)()()()1(k k k Ax b x x -+=+α(k=0,1……)求解Ax=b ,问取什么实数α,可使迭代收敛 (8分)解:所给迭代公式的迭代矩阵为⎥⎦⎤--⎢⎣⎡--=-=ααααα21231A I B 2分其特征方程为0)21(2)31(=----=-αλαααλλB I 2分即,解得αλαλ41,121-=-= 2分 要使其满足题意,须使1)(<B ρ,当且仅当5.00<<α 2分5. 设方程Ax=b,其中⎢⎢⎢⎣⎡=211A 212 ⎥⎥⎥⎦⎤-112,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=765b 试讨论解此方程的Jacobi 迭代法的收敛性,并建立Gauss —Seidel 迭代格式 (9分)解:U D L A ++=⎢⎢⎢⎣⎡--=+-=-210)(1U L D B J 202-- ⎥⎥⎥⎦⎤-012 3分0,03213=====-λλλλλJ B I 2分即10)(<=J B ρ,由此可知Jacobi 迭代收敛 1分 Gauss-Seidel 迭代格式:⎪⎩⎪⎨⎧--=--=+-=++++++)1(2)1(1)1(3)(3)1(1)1(2)(3)(2)1(12276225k k k k k k k k k x x x x x x x x x (k=0,1,2,3……) 3分6. 用Doolittle 分解计算下列3个线性代数方程组:i i b Ax =(i=1,2,3)其中⎢⎢⎢⎣⎡=222A 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421,23121,,974x b x b b ==⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡= (12分)解:①11b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=9741x A=⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211=LU 3分 由Ly=b1,即⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡974 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡234 1分 由Ux1=y ,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x1=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡234 得x1=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 2分 ②22b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 由Ly=b2=x1,即⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡001 1分 由Ux2=y,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡001 得x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 2分③33b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0由Ly=b3=x2,即⎢⎢⎢⎣⎡111 110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-05.05.0 1分 由Ux3=y ,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-05.05.0 得x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-025.0375.0 2分7. 已知函数y=f (x)有关数据如下:要求一次数不超过3的H 插值多项式,使'11'33)(,)(y x H y x H i i == (6分)解:作重点的差分表,如下:3分21021101011001003))(](,,,[))(](,,[)](,[][)(x x x x x x x x f x x x x x x x f x x x x f x f x H --+--+-+= =-1+(x+1)-x (x+1)+2x.x(x+1)=232x x + 3分8. 有如下函数表:试计算此列表函数的差分表,并利用Newton 前插公式给出它的插值多项式 (7分)解:由已知条件可作差分表,3分i ih x x i =+=0 (i=0,1,2,3)为等距插值节点,则Newton 向前插值公式为: 033210022100003!3))()((!2))((!1)()(f h x x x x x x f h x x x x f h x x f x N ∆---+∆--+∆-+==4+5x+x (x-1)=442++x x 4分9. 求f (x )=x 在[-1,1]上的二次最佳平方逼近多项式)(2x P ,并求出平方误差 (8分)解:令22102)(x a x a a x P ++= 2分取m=1, n=x , k=2x ,计算得: (m ,m)=dx ⎰-111=0 (m,n )=dx x ⎰-11=1 (m,k)=dx x ⎰-112=0(n,k )=dx x ⎰-113=0。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

一、(8分)用列主元素消去法解下列方程组:⎪⎩⎪⎨⎧=++-=+--=+-112123454321321321x x x x x x x x x二、(10分)依据下列数据构造插值多项式:y(0)=1,y(1)= —2,y '(0)=1, y '(1)=—4三、(12分)分别用梯形公式和辛普生公式构造 复化的梯形公式、复化的辛普生公式并利用复化的梯形公式、复化的辛普生公式计算下列积分:⎰91dxx n=4 四、(10分)证明对任意参数t ,下列龙格-库塔方法是二阶的。

五、(14分)用牛顿法构造求c 公式,并利用牛顿法求115。

保留有效数字五位。

六、(10分)方程组AX=B 其中A=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡10101a a a a 试就AX=B 建立雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法,并讨论a 取何值时迭代收斂。

七、(10分)试确定常数A,B,C,a,使得数值积分公式⎰-++-≈22)(}0{)()(a Cf Bf a Af dx x f 有尽可能多的代数精确度。

并求该公式的代数精确度。

八、{6分}证明:A ≤ 其中A 为矩阵,V 为向量.第二套一、(8分)用列主元素消去法解下列方程组:⎪⎩⎪⎨⎧=++=+-=+322214332132132x x x x x x x x二、(12分)依据下列数据构造插值多项式:y(0)=y '(0)=0,y(1)=y '(1)= 1,y(2)=1三、(14分)分别用梯形公式和辛普生公式构造 复化的梯形公式、复化的辛普生公式,并利用复化的梯形公式、复化的辛普生公式及其下表计算下列积分:⎰2/0sin πxdx⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+-+=++==++=+13121231)1(,)1((),(),()(2hk t y h t x f k thk y th x f k y x f k k k h y y n n n n n n n n四、(12分)证明下列龙格-库塔方法是三阶的。

五、(10分)试确定常数A,B,C 使得数值积分公式⎰++≈2)2()1()0()(Cf Bf Af dx x f共 2 页 第 2 页有尽可能多的代数精确度。

并求该公式的代数精确度。

六、(14分)用牛顿法构造求c 1公式,验证其收敛性。

并求1/ e(保留4位有效数字)。

七、{10分}证明:设非负函数N(x )=x 为R n 上任意向量范数,则N(x )是x 分量x 1,x 2,…x n 的连续函数.参考答案一、解:(8分)⎪⎩⎪⎨⎧=++=+-=+322214332132132x x x x x x x x增广矩阵:⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-12003/13/4102/312/112/102/3014302/312/11321221111431 (4分) 解得:x 1=2/3, x 2=-1/3 x 3=1./2 (8分) 二、解:(12分)注:直接待定系数简单,或者用牛顿茶商设 P(x)=φ0(x)y(0)+φ1(x) y(1)+φ2(x)y(2)+ψ0(x) y’(0)+ψ1(x) y’(1) (4分) 解得:1(x)=x 2(x-2)2 φ2(x)=(1/12)x 2(x-1)2 ψ1(x)=-x 2(x-1)(x-2) (4分) P(x)= φ1(x) y(1)+φ2(x)y(2)+ψ1(x) y’(1)= φ1(x) +φ2(x)+ψ1(x)= x 2(x-2)2+(1/12)x 2(x-1)2 +x 2(x-1)(x-2) (4分)三、解:(14分) 推证复化的梯形公式 (3分)推证复化的辛普生公式 (3分)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=++==++=+)3/2,3/2()3/,3/(),()3(423121131hk y h x f k hk y h x f k y x f k k k h y y n n n n n n n n利用复化的梯形公式⎰2/0sin πxdx= 利用复化的辛普生公式⎰2/0sin πxdx=四、(12分)证明:k 3=f(x n ,y n )+2h/3f’(x n ,y n )+(2h/3)2f’’(x n ,y n )/2+0(h 2) (4分) y n+1=y n +h/4(3 k 3+k 1)= y n + h f(x n ,y n )+h 2f’(x n ,y n )/2+h 3/6f’’(x n ,y n )+0(h3) (8分) y n+1*= y n + h y n ’ +h 2y n ’’/2+h 3/6 y n ’’’ +0(h 3)y n+1 -y n+1*=0(h 3)则该公式是三阶的 (12分)五、解:(10分) 将1,x,x 2代入原式得A+B+C=2 B+2C=2 B+4C=8/3解得:A=1/3, B=4/3 C =1/3⎰++≈20)2(31}1{34)0(31)(f f f dx x f (8分)代数精确度为2 (10分)。

六、证明:(14分)1/x-c=0X k+1=x k -)()(k k x f x f '=x k (2-cx k ) X k+1-1/c=-c(x k -1/c)2设r k =1-cx k r k+1=r k 2 反复递推 r k =02r k(8分)若选初值0<x0<2/c 0r <1这时r k 趋近于0,从而叠代收敛 (10分) 用牛顿法构造求1/ eX 5= (14分)七、{10分}证明:设x =∑=ni ii ex 1y =∑=ni ii ey 1(4分))(0)()()(11∑∑=∞==→-≤--≤-=-ni i i ni i ie c yx c e y xyx y x y N x N..(10分)第三套一、 (10分)利用列主元素消去法解方程:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=++==++=+)3/2,3/2()3/,3/(),()3(423121131hk y h x f k hk y h x f k y x f k k k h y y n n n n n n n n⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡•⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---453311294642321x x x二、 (15分)证明下面龙格-库塔方法是三阶的:)43,43()2,2(),()432(93213211h y h x f k hy h x f k y x f k k k k hy y n n n n n n n n ++=++==+++=+三、 (10分)求3次插值多项式使:P(0)=3, P(1)=5,4)0(='P ,6)1(='P ,四、 (20分)确定下面公式中的a,b ,使其代数精确度尽量高,并指出其代数精确度的次数:)]()([)()]()([2)(2b f a f a b a b f a f ab dx x f ba'-'-++-≈⎰五、(20分)分别利用梯形公式和Simpson 公式推导复化的梯形公式和Simpson 公式,并分别利用复化的梯形公式和Simpson 公式计算积分⎰91dxx (n=8)六、(15分)用二分法求方程f(x)=x 3+4x 2-10在区间[1,]上的根。

(1)要得到具有3位有效数的近似根,须作几次二分;(2)用二分法求具有3位有效数的近似根。

七、(10分)设•是n n R ⨯中的任意范数,nn R A ⨯∈,则有A A ≤)(ρ参考答案五、(10分)利用列主元素消去法解方程:解:⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---41125)45(0215210529445331129)4(642 (5分)x 1=139/20, x 2=5/2, x 3=-3/20 (10分)六、(15分)证明下面龙格-库塔方法是三阶的:证:)(61)(21)()()(321ξy h x y h x y h x y x y n n n n '''+''+'+=+(5分)))(,(21)21(),(21),(22ξξy f h y x f h y x f k n n n n ''+'+=(9分) ))(,(21)43(),(43),(23ξξy f h y x f h y x f k n n n n ''+'+=(13分)∴y(x n+1)- y n+1=o(h 3) (15分)七、(10分)求3次插值多项式使:P(0)=3, P(1)=5,4)0(='P ,6)1(='P ,解:设)()()()()(221121103x p x p x p x p x p ϕϕφφ'+'++= (2分))1(,0)0,0)1(,1)0(1(111='='==φφφφ0)1(,0)0(,1)1(,0)0(2222='='==φφφφ 0)1(,1)0(,0)1(,0)0(1111='='==ϕϕϕϕ 1)1(,0)0(,0)1(,0)0(2222='='==ϕϕϕϕ (6分) =∴)(3x p 3+4x-2x 2+6x 2(x-1) (10分)八、(20分)确定下面公式中的a,b ,使其代数精确度尽量高,并指出其代数精确度的次数:)]()([)()]()([2)(2b f a f a b a b f a f ab dx x f ba'-'-++-≈⎰解:将1,x ,x 2,,x 3代入)]()([)()]()([2)(2b f a f a b a b f a f ab dx x f ba'-'-++-≈⎰(4分)得]22[)(][2)(3122233b a a b a b a a b a b --++-=-(10分)]33[)(][2)(412223344b a a b a b a a b a b --++-=-a=b=1/2(15分)将1,x ,x 2,,x 3,x 4,x 5代入公式的两端,可得该公式具有4次代数精确度。

(20分)五、(20分)分别利用梯形公式和Simpson 公式推导复化的梯形公式和Simpson 公式,并分别利用复化的梯形公式和Simpson 公式计算积分⎰91dxx (n=8)证: 利用梯形公式推导复化的梯形公式(5分)Simpson 公式推导复化Simpson 公式(10分)解:利用复化的梯形公式⎰91dxx (n=8) = (15分)Simpson 公式计算积分⎰91dxx (n=8)= (20分)六、(15分)用二分法求方程f(x)=x 3+4x 2-10在区间[1,]上的根。

相关文档
最新文档