数值分析试卷及其答案1
数值分析试题与答案

一、单项选择题(每小题3分,共15分)1. 和分别作为π(de)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 (de)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 =(de)根(de)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(de)第3个方程( ).A .232x x -+=B .232 1.5 3.5x x -+=C .2323x x -+=D .230.5 1.5x x -=-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()211y y yx y ⎧'=+⎪⎨⎪=⎩(de)计算公式 .0,1,2分 人三、计算题(每题15分,共60分)1. 已知函数211y x =+(de)一组数据:求分段线性插值函数,并计算()1.5f (de)近似值.1. 解 []0,1x ∈,()1010.510.50110x x L x x --=⨯+⨯=---[]1,2x ∈,()210.50.20.30.81221x x L x x --=⨯+⨯=-+--所以分段线性插值函数为()[][]10.50,10.80.31,2x x L x x x ⎧-∈⎪=⎨-∈⎪⎩ ()1.50.80.3 1.50.35L =-⨯=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).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(de)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. 3. 解()331f x x x =--,()130f =-<,()210f =>()233f x x '=-,()12f x x ''=,()2240f =>,故取2x =作初始值4. 写出梯形公式和辛卜生公式,并用来分别计算积分111dxx+⎰.四、证明题(本题10分)确定下列求积公式中(de)待定系数,并证明确定后(de)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:求积公式中含有三个待定系数,即101,,A A A -,将()21,,f x x x =分别代入求一、 填空(共20分,每题2分)1. 设2.3149541...x *=,取5位有效数字,则所得(de)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 .4.求方程 21.250x x --= (de)近似根,用迭代公式 1.25x x =+,取初始值 01x =, 那么 1______x =。
数值分析期末考试和答案

数值分析期末考试和答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解线性方程组?A. 插值法B. 迭代法C. 直接法D. 拟合法答案:C2. 以下哪个数值方法是用于求解非线性方程的?A. 高斯消元法B. 牛顿迭代法C. 线性插值法D. 拉格朗日插值法答案:B3. 在数值积分中,梯形法则的误差与下列哪个因素无关?A. 被积函数的二阶导数B. 积分区间的长度C. 积分区间的划分数量D. 被积函数的一阶导数答案:D4. 以下哪个数值方法是用于求解常微分方程的?A. 欧拉方法B. 牛顿迭代法C. 拉格朗日插值法D. 高斯消元法答案:A5. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解特征值问题?A. 高斯消元法B. 幂迭代法C. 牛顿迭代法D. 梯形法则答案:B6. 以下哪个数值方法是用于求解线性最小二乘问题的?A. 高斯消元法B. 梯形法则C. 正交分解法D. 牛顿迭代法答案:C7. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解非线性方程组?A. 高斯消元法B. 牛顿迭代法C. 线性插值法D. 欧拉方法答案:B8. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解偏微分方程?A. 有限差分法B. 牛顿迭代法C. 线性插值法D. 梯形法则答案:A9. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解优化问题?A. 高斯消元法B. 梯形法则C. 牛顿迭代法D. 单纯形法答案:D10. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解插值问题?A. 高斯消元法B. 梯形法则C. 牛顿迭代法D. 拉格朗日插值法答案:D二、填空题(每题2分,共20分)1. 在数值分析中,求解线性方程组的直接法包括______消元法和______消元法。
答案:高斯;LU2. 牛顿迭代法的收敛速度是______阶的。
答案:二3. 梯形法则的误差与被积函数的______阶导数有关。
答案:二4. 欧拉方法是一种求解______阶常微分方程的数值方法。
答案:一5. 幂迭代法是求解______特征值问题的数值方法。
数值分析试题及答案

数值分析试题及答案一、选择题1. 下列哪个方法不适合用于求解非线性方程的根?A. 二分法B. 牛顿法C. 弦截法D. 正割法2. 当使用二分法求解非线性方程的根时,需要满足的条件是:A. 函数f(x)在区间[a, b]上连续B. 函数f(x)在区间[a, b]上单调递增C. 函数f(x)在区间[a, b]上存在根D. 函数f(x)在区间[a, b]上可导3. 数值积分是通过将定积分转化为求和的方法来近似计算积分值的过程。
下列哪个方法是常用的数值积分方法?A. 矩形法则B. 辛普森规则C. 梯形规则D. 高斯-勒让德法则4. 龙格-库塔法是常用于求解常微分方程的数值解法。
以下哪个选项是描述龙格-库塔法的特点?A. 该方法是一种多步法B. 该方法是一种多项式插值法C. 该方法是一种单步法D. 该方法是一种数值积分法5. 用有限差分法求解偏微分方程时,通常需要进行网格剖分。
以下哪个选项是常用的网格剖分方法?A. 多边形剖分法B. 三角剖分法C. 矩形剖分法D. 圆形剖分法二、解答题1. 将函数f(x) = e^x 在区间[0, 1]上用复化梯形规则进行数值积分,分为6个子区间,求得的近似积分值为多少?解:将区间[0, 1]等分为6个子区间,每个子区间的长度为h = (1-0)/6 = 1/6。
根据复化梯形规则的公式,近似积分值为:I ≈ (1/2) * h * [f(0) + 2f(1/6) + 2f(2/6) + 2f(3/6) + 2f(4/6) + 2f(5/6) +f(1)]≈ (1/2) * (1/6) * [e^0 + 2e^(1/6) + 2e^(2/6) + 2e^(3/6) + 2e^(4/6) +2e^(5/6) + e^1]2. 使用二分法求解方程 x^3 - 3x + 1 = 0 在区间[1, 2]上的根。
要求精确到小数点后三位。
解:首先需要判断方程在区间[1, 2]上是否存在根。
数值分析试题与答案

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,,x x x ,其对应的函数()y f x =的值分别为012,,y y y ,则二次拉格朗日插值基函数0()l x 为 。
2.设()2f x x =,则()f x 关于节点0120,1,3x x x ===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 ϕ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 ϕ的不动点?3. 设n 阶矩阵A 具有n 个特征值且满足123n λλλλ>≥≥≥,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()3P x ,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1011I dx x=+⎰。
(10分) 五.用Newton 法求()cos 0f x x x =-=的近似解。
(10分) 六.试用Doolittle 分解法求解方程组:12325610413191963630x x x -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥-=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (10分)七.请写出雅可比迭代法求解线性方程组123123123202324812231530x x x x x x x x x ++=⎧⎪++=⎨⎪-+=⎩ 的迭代格式,并判断其是否收敛?(10分)八.就初值问题0(0)y yy y λ'=⎧⎨=⎩考察欧拉显式格式的收敛性。
(10分)《数值分析》(A )卷标准答案(2009-2010-1)一. 填空题(每小题3分,共12分) 1. ()1200102()()()()x x x x l x x x x x --=--; 2.7;3. 3,8;4. 2n+1。
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。
数值分析练习题加答案(一)

数值分析期末考试一、 设80~=x ,若要确保其近似数的相对误差限为0.1%,则它的近似数x 至少取几位有效数字?(4分)解:设x 有n 位有效数字。
因为98180648=<<=,所以可得x 的第一位有效数字为8(1分) 又因为21101011000110821--⨯=<⨯⨯≤n ε,令321=⇒-=-n n ,可知x 至少具有3位有效数字(3分)。
二、求矩阵A 的条件数1)(A Cond (4分)。
其中⎥⎦⎤⎢⎣⎡=4231A 解:⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-5.05.1121A (1分) 1A =7(1分) 2711=-A (1分)249)(1=A Cond (1分)三、用列主元Gauss 消元法法求解以下方程组(6分)942822032321321321=++-=++--=+-x x x x x x x x x解:→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----5.245.2405.35.230914220321821191429142821120321 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---→⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---8175835005,245.24091425.33.2305.245.2409142(4分) 等价三角方程组为:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=+-=++,8175835,5.245.24,942332321x x x x x x (1分)回代得1,3,5123==-=x x x (1分)四、设.0,2,3,1,103)(3210234=-===-+-=x x x x x x x x f 1)求以3210,,,x x x x 为节3次Lagrange 多项式;(6分) 2)求以3210,,,x x x x 为节3次Newton 多项式;(6分)3)给出以上插值多项式的插值余项的表达式(3分)解:由0,2,3,13210=-===x x x x 可得10)(,34)(,1)(,11)(3210-==-=-=x f x f x f x f即得: +------+------=))()(())()(()())()(())()(()()(312101320130201032103x x x x x x x x x x x x x f x x x x x x x x x x x x x f x L=------+------))()(())()(()())()(())()(()(23130321033212023102x x x x x x x x x x x x x f x x x x x x x x x x x x x f+-+--+-⨯-+-+--+-⨯-)03)(23)(13()0)(2)(1()1()01)(21)(31()0)(2)(3(11x x x x x x326610.)20)(30)(10()2)(3)(1()10()02)(32)(12()0)(3)(1(34x x x x x x x x x -+--=+--+--⨯-+---------⨯2)计算差商表如下:i x )(i x f 一阶差商 二阶差商 三阶差商1 -11 3 -1 5 -2 34 -7 4 0-10-225-1则=+-----+-+-=)2)(3)(1()3)(1(4)1(511)(3x x x x x x x N326610x x x -+--3))2)(3)(1())()()((!4)()(3210)4(3+--=----=x x x x x x x x x x x x f x R ξ五、给定方程组b Ax =,其中⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=100131w w w w A 。
数值分析试卷及其答案1

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==A1分{},66,6,1max ==∞A1分()AA A T max 2λ=1分⎢⎢⎢⎣⎡=001A A T420⎥⎥⎥⎦⎤-420⎢⎢⎢⎣⎡001220-⎥⎥⎥⎦⎤440=⎢⎢⎢⎣⎡00180⎥⎥⎥⎦⎤3200 2分{}3232,8,1max )(max ==A A T λ1分24322==A3. 设32)()(a x x f -= (6分) ① 写出f(x )=0解的Ne wt on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:①N ewton 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A x=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 I2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Jaco bi迭代法的收敛性,并建立Gauss-Seidel 迭代格式 (9分)解:U D L A ++=⎢⎢⎢⎣⎡--=+-=-21)(1U L D B J22--⎥⎥⎥⎦⎤-012 3分,03213=====-λλλλλJ B I2分即10)(<=J B ρ,由此可知Jaco bi 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Dool ittl e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⎢⎢⎢⎣⎡002021 ⎥⎥⎥⎦⎤211=LU 3分由Ly=b1,即⎢⎢⎢⎣⎡111110⎥⎥⎥⎦⎤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=x 1,即⎢⎢⎢⎣⎡111110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡001 1分由U x2=y,即⎢⎢⎢⎣⎡002 021 ⎥⎥⎥⎦⎤211x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡001得x2=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 2分③33b Ax =⎢⎢⎢⎣⎡222 331 ⎥⎥⎥⎦⎤421x3=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 由L y=b3=x2,即⎢⎢⎢⎣⎡111110 ⎥⎥⎥⎦⎤100y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡005.0 得y=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-05.05.0 1分由U x3=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New ton 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N ew ton 向前插值公式为: 033210022100003!3))()((!2))((!1)()(f hx 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 x4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Si mps on 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 ++++++++==3.1394分用复合Simpso n公式: )}1()]43()21()41([2)]87()85()83()81([4)0({2414f f f f f f f f f S ++++++++= =3.1424分11. 计算积分⎰=2sin πxdx I ,若用复合Simpso n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Simp son 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 πππππ2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Eu le r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,si n1.1=0.89] (6分)解:改进Eul er 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 y2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 y2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=λx1分且λρ=)(A ,若λ是实数,则x 也是实数,得Ax x =λ1分而xx ⋅=λλx A x ,⋅≤⋅⋅≤λ故x A Ax2分 由于A x 0x ≤≠λ得到,两边除以1分 故A A ≤)(ρ1分当λ是复数时,一般来说x 也是复数,上述结论依旧成立。
数值分析考试题和答案

数值分析考试题和答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 在数值分析中,插值法的主要目的是()。
A. 求解线性方程组B. 求解非线性方程C. 构造一个多项式来近似一个函数D. 求解微分方程答案:C2. 线性方程组的高斯消元法中,主元为零时,应采取的措施是()。
A. 停止计算B. 回代求解C. 转置矩阵D. 行交换答案:D3. 以下哪种方法不是数值积分方法()。
A. 梯形规则B. 辛普森规则C. 牛顿法D. 复合梯形规则答案:C4. 以下哪种方法用于求解非线性方程的根()。
A. 欧几里得算法B. 牛顿迭代法C. 高斯消元法D. 线性插值法答案:B5. 在数值分析中,最小二乘法主要用于()。
A. 求解线性方程组B. 求解非线性方程C. 曲线拟合D. 微分方程数值解答案:C6. 以下哪种方法不是数值微分方法()。
A. 前向差分B. 后向差分C. 中心差分D. 欧拉方法答案:D7. 以下哪种方法用于求解常微分方程的初值问题()。
A. 欧拉方法B. 龙格-库塔方法C. 牛顿迭代法D. 高斯消元法答案:B8. 在数值分析中,矩阵的特征值问题可以通过()方法求解。
A. 高斯消元法B. 幂迭代法C. 牛顿迭代法D. 梯形规则答案:B9. 以下哪种方法不是数值稳定性分析中的方法()。
A. 绝对稳定性B. 相对稳定性C. 条件数D. 牛顿法答案:D10. 在数值分析中,条件数用于衡量()。
A. 算法的效率B. 算法的稳定性C. 算法的准确性D. 算法的复杂度答案:B二、填空题(每题2分,共20分)1. 在数值分析中,插值多项式的次数最高为______,其中n是插值点的个数。
答案:n-12. 线性方程组的高斯消元法中,如果某行的主元为零,则需要进行______。
答案:行交换3. 梯形规则的误差与被积函数的______阶导数有关。
答案:二4. 牛顿迭代法中,每次迭代需要计算______。
答案:函数值和导数值5. 最小二乘法中,残差平方和最小化时,对应的系数向量是______。
数值分析试题及答案

数值分析试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 以下哪个算法是数值分析中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. 梯度下降法D. 蒙特卡洛方法答案:B2. 插值法中,拉格朗日插值法和牛顿插值法的共同点是:A. 都是多项式插值B. 都使用差商C. 都只适用于等距节点D. 都需要预先知道所有数据点答案:A3. 在数值积分中,辛普森(Simpson)公式比梯形公式的误差:A. 更大B. 更小C. 相同D. 无法比较答案:B4. 以下哪个是数值稳定性分析中常用的方法?A. 条件数B. 收敛性C. 收敛速度D. 误差分析答案:A5. 在求解常微分方程的数值解时,欧拉方法属于:A. 单步法B. 多步法C. 隐式方法D. 显式方法答案:A6. 以下哪个是数值分析中求解非线性方程的迭代方法?A. 高斯-约当消元法B. 牛顿-拉弗森方法C. 雅可比迭代法D. 高斯-赛德尔迭代法答案:B7. 线性插值公式中,如果给定两个点\( (x_0, y_0) \)和\( (x_1, y_1) \),插值多项式是:A. \( y = y_0 + \frac{y_1 - y_0}{x_1 - x_0}(x - x_0) \)B. \( y = y_0 + \frac{y_1 - y_0}{x_0 - x_1}(x - x_0) \)C. \( y = y_0 + \frac{x - x_0}{x_1 - x_0}(y_1 - y_0) \)D. \( y = y_1 + \frac{x_1 - x}{x_1 - x_0}(y_0 - y_1) \)答案:C8. 以下哪个是数值分析中用于求解特征值问题的算法?A. 幂法B. 共轭梯度法C. 牛顿法D. 欧拉法答案:A9. 在数值微分中,使用有限差分法来近似导数时,中心差分法的误差:A. 与步长成正比B. 与步长的平方成正比C. 与步长的立方成正比D. 与步长的四次方成正比答案:B10. 以下哪个是数值分析中用于求解线性最小二乘问题的算法?A. 梯度下降法B. 牛顿法C. 奇异值分解法D. 共轭梯度法答案:C二、简答题(每题10分,共30分)1. 简述数值分析中病态问题的特点及其对算法的影响。
数值分析试卷及答案

数值分析试卷及答案**注意:以下是一份数值分析试卷及答案,试卷和答案分别按照题目和解答的格式排版,以确保整洁美观,语句通顺。
**---数值分析试卷一、选择题(每题2分,共20分)1. 数值分析是研究如何用计算机处理数值计算问题的一门学科。
以下哪个选项不是数值分析的应用领域?A. 金融风险评估B. 天气预测C. 数据挖掘D. 图像处理2. 在数值计算中,稳定性是指算法对于输入数据的微小扰动具有较好的性质。
以下哪个算法是稳定的?A. 高斯消元法B. 牛顿迭代法C. 不动点迭代法D. 雅可比迭代法二、填空题(每题3分,共30分)1. 下面关于插值多项式的说法中,不正确的是:一般情况下,插值多项式的次数等于插值点的个数减1。
2. 线性方程组中,如果系数矩阵A是奇异的,则该方程组可能无解或有无穷多解。
......三、解答题(共50分)1. 请给出用割线法求解非线性方程 f(x) = 0 的迭代格式,并选择合适的初始值进行计算。
解:割线法的迭代公式为:x_(k+1) = x_k - f(x_k) * (x_k - x_(k-1)) / (f(x_k) - f(x_(k-1)))选择初始值 x0 = 1,x1 = 2 进行计算:迭代1次得到:x2 = x1 - f(x1) * (x1 - x0) / (f(x1) - f(x0))迭代2次得到:x3 = x2 - f(x2) * (x2 - x1) / (f(x2) - f(x1))继续迭代直至满足精度要求。
2. 对于一个给定的线性方程组,高斯消元法可以用来求解其解空间中的向量。
请简要描述高斯消元法的基本思想并给出求解步骤。
高斯消元法的基本思想是通过一系列的行变换将线性方程组化为上三角形式,然后再通过回代求解方程组的未知数。
求解步骤如下:步骤1:将方程组表示为增广矩阵形式,即将系数矩阵和常数向量连接在一起。
步骤2:从第一行开始,选取第一个非零元素作为主元,然后通过行变换将其它行的该列元素消去。
数值分析试题及答案

数值分析试题及答案一、选择题(每题5分,共20分)1. 以下哪个算法是用于求解非线性方程的?A. 高斯消元法B. 牛顿迭代法C. 雅可比方法D. 追赶法答案:B2. 线性代数中,矩阵的秩是指:A. 矩阵的行数B. 矩阵的列数C. 矩阵中线性无关的行(或列)的最大数目D. 矩阵对角线上元素的乘积答案:C3. 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. 通过已知数据点估计未知数据点的值D. 优化问题答案:C4. 以下哪个方法不是数值积分的方法?A. 梯形规则B. 辛普森规则C. 高斯消元法D. 龙贝格积分答案:C二、填空题(每题5分,共20分)1. 线性方程组的解的存在性和唯一性可以通过矩阵的________来确定。
答案:秩2. 牛顿迭代法中,迭代公式为 x_{n+1} = x_n - f(x_n)/f'(x_n),其中 f'(x_n) 表示函数 f(x) 在 x_n 处的________。
答案:导数3. 在数值积分中,如果积分区间被划分得越细,那么数值积分的误差通常会________。
答案:减小4. 用泰勒级数展开函数 f(x) 时,如果 x0 是展开点,那么 f(x) 可以表示为 f(x) = f(x0) + f'(x0)(x-x0) + ________。
答案:更高阶项三、简答题(每题10分,共20分)1. 简述数值稳定性的概念及其在数值分析中的重要性。
答案:数值稳定性是指数值算法在计算过程中对初始数据微小扰动的敏感程度。
一个数值稳定的算法能够保证在有限精度的计算下,算法的结果不会因为数值误差而产生较大的偏差。
在数值分析中,数值稳定性是算法设计的重要考虑因素,它直接影响到算法的可靠性和准确性。
2. 描述一下在数值分析中,如何使用龙贝格积分法来提高数值积分的精度。
答案:龙贝格积分法是一种基于梯形规则的数值积分方法,它通过递归地增加梯形规则的子区间数量来提高积分的精度。
数值分析习题(含标准答案)

数值分析习题(含标准答案)
一、选择题(每题5分,共20分)
1. 下列哪个选项不属于数值分析的研究范畴?
A. 数值微分
B. 数值积分
C. 数值逼近
D. 数据库管理
答案:D
2. 在数值分析中,求解线性方程组常用的方法有?
A. 高斯消元法
B. 迭代法
C. 拉格朗日乘数法
D. 上述所有方法
答案:D
3. 下列哪种方法适用于求解非线性方程组?
A. 牛顿法
B. 梯度下降法
C. 高斯消元法
D. 上述所有方法
答案:D
4. 在数值积分中,下列哪种方法具有最高的精度?
A. 梯形法则
B. 辛普森法则
C. 高斯求积法
D. 上述所有方法
答案:C
二、填空题(每题5分,共20分)
1. 数值分析的主要目的是通过有限步骤的运算,对数学问题进行近似求解。
2. 在数值微分中,常用的差分公式有前向差分、后向差分和中心差分。
3. 数值逼近的主要方法包括插值法和逼近法。
4. 在数值积分中,常用的方法有梯形法则、辛普森法则和高斯求积法。
三、解答题(每题10分,共30分)
1. 已知函数 f(x) = e^x,求其在 x = 0.5 处的导数。
答案:f'(0.5) ≈ 1.6487
2. 求解线性方程组 2x + 3y = 5,4x y = 1。
答案:x ≈ 0.625,y ≈ 1.25
3. 已知函数 f(x) = x^3 3x^2 + 4,求其在区间 [0, 2] 上的积分。
答案:f(x) 在区间 [0, 2] 上的积分≈ 3.6667。
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______。
数值分析试题及答案

数值分析试题及答案一、单项选择题(每题3分,共30分)1. 线性代数中,矩阵A的逆矩阵记作()。
A. A^TB. A^-1C. A^+D. A*答案:B2. 插值法中,拉格朗日插值多项式的基函数是()。
A. 多项式B. 指数函数C. 正弦函数D. 余弦函数答案:A3. 在数值积分中,梯形规则的误差是()阶的。
A. O(h^2)B. O(h^3)C. O(h)D. O(1/h)答案:A4. 求解线性方程组时,高斯消元法的基本操作不包括()。
A. 行交换B. 行乘以非零常数C. 行加行D. 行除以非零常数答案:D5. 非线性方程f(x)=0的根的迭代法中,收敛的必要条件是()。
A. f'(x)≠0B. f'(x)=0C. |f'(x)|<1D. |f'(x)|>1答案:C6. 利用牛顿法求解非线性方程的根时,需要计算()。
A. 函数值B. 函数值和导数值C. 函数值和二阶导数值D. 函数值、一阶导数值和二阶导数值答案:B7. 矩阵的特征值和特征向量是()问题中的重要概念。
A. 线性方程组B. 特征值问题C. 线性规划D. 非线性方程组答案:B8. 在数值分析中,条件数是衡量矩阵()的量。
A. 稳定性B. 可逆性C. 正交性D. 稀疏性答案:A9. 利用龙格现象说明,高阶插值多项式在区间端点附近可能产生()。
A. 振荡B. 收敛C. 稳定D. 单调答案:A10. 雅可比迭代法和高斯-塞德尔迭代法都是求解线性方程组的()方法。
A. 直接B. 迭代C. 精确D. 近似答案:B二、填空题(每题4分,共20分)11. 线性代数中,矩阵A的行列式记作________。
答案:det(A) 或 |A|12. 插值法中,牛顿插值多项式的基函数是________。
答案:差商13. 在数值积分中,辛普森规则的误差是________阶的。
答案:O(h^4)14. 求解线性方程组时,迭代法的基本思想是从一个初始近似解出发,通过不断________来逼近精确解。
数值分析试题答案

数值分析试题答案一、选择题1. 以下哪个数值方法用于求解线性方程组?A. 牛顿法B. 高斯消元法C. 欧几里得算法D. 拉格朗日插值法答案:B2. 在数值分析中,舍入误差通常是由什么引起的?A. 人为计算错误B. 计算机表示数字的限制C. 测量误差D. 数据输入错误答案:B3. 插值和拟合的区别在于:A. 插值通过所有数据点,而拟合不通过B. 拟合通过所有数据点,而插值不通过C. 插值是线性的,拟合是非线性的D. 插值是精确的,拟合是近似的答案:A4. 以下哪种方法最适合求解非线性方程?A. 雅可比迭代法B. 牛顿-拉弗森方法C. 托马斯算法D. 布雷尔-史密斯算法答案:B5. 在数值分析中,条件数用于衡量什么?A. 方程组解的存在性B. 方程组解的唯一性C. 方程组解的稳定性D. 方程组解的精确性答案:C二、填空题1. 在数值分析中,__________误差指的是由于计算机舍入而产生的误差,而__________误差指的是由于数据不精确或截断而产生的误差。
答案:截断;舍入2. 线性方程组的矩阵表示为__________,其中A是系数矩阵,x是变量向量,b是常数向量。
答案:Ax = b3. 牛顿法求解非线性方程时,需要计算函数的__________。
答案:导数4. 拉格朗日插值法通过构建一个多项式来近似数据点,该多项式的每一段都与数据点的__________相匹配。
答案:切线5. 为了减少数值分析中的误差,通常采用__________方法来提高计算的精度。
答案:增量三、简答题1. 请简述高斯消元法的基本思想及其在求解线性方程组中的应用。
高斯消元法的基本思想是通过行变换将系数矩阵转化为阶梯形矩阵,进而简化方程组的求解过程。
在求解线性方程组时,首先将增广矩阵进行行变换,使得主元下方的元素为零,然后通过回代过程逐步求解出未知数。
2. 描述牛顿-拉弗森方法求解非线性方程的迭代过程。
牛顿-拉弗森方法是一种迭代求解非线性方程的方法。
数值分析试题及答案汇总

数值分析试题及答案汇总一、单项选择题(每题5分,共20分)1. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解线性方程组?A. 牛顿法B. 插值法C. 迭代法D. 泰勒展开法答案:C2. 以下哪个选项是数值分析中用于求解非线性方程的迭代方法?A. 高斯消元法B. 牛顿法C. 多项式插值D. 辛普森积分法答案:B3. 以下哪个选项是数值分析中用于数值积分的方法?A. 牛顿法B. 辛普森积分法C. 牛顿-拉弗森迭代D. 拉格朗日插值答案:B4. 在数值分析中,下列哪个方法用于求解常微分方程的初值问题?A. 欧拉法B. 牛顿法C. 辛普森积分法D. 高斯消元法答案:A二、填空题(每题5分,共20分)1. 插值法中,拉格朗日插值法的插值多项式的阶数是______。
答案:n2. 泰勒展开法中,如果将函数展开到第三阶,那么得到的多项式是______阶多项式。
答案:三3. 在数值分析中,牛顿法求解非线性方程的迭代公式为______。
答案:x_{n+1} = x_n - f(x_n) / f'(x_n)4. 辛普森积分法是将积分区间分为______等分进行近似计算。
答案:偶数三、简答题(每题10分,共30分)1. 请简述数值分析中插值法的基本原理。
答案:插值法的基本原理是根据一组已知的数据点,构造一个多项式函数,使得该函数在给定的数据点上与数据值相等,以此来估计未知数据点的值。
2. 解释数值分析中误差的概念,并说明它们是如何影响数值计算结果的。
答案:数值分析中的误差是指由于计算方法或计算工具的限制,导致计算结果与真实值之间的差异。
误差可以分为舍入误差和截断误差。
舍入误差是由于计算机表示数值的限制而产生的,而截断误差是由于计算方法的近似性质而产生的。
这些误差会影响数值计算结果的准确性和稳定性。
3. 请说明在数值分析中,为什么需要使用迭代法求解线性方程组。
答案:在数值分析中,迭代法用于求解线性方程组是因为对于大规模的方程组,直接方法(如高斯消元法)的计算成本很高,而迭代法可以在较少的计算步骤内得到近似解,并且对于稀疏矩阵特别有效。
- 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、"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、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)。
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。