求卫星轨道的周长
卫星轨道计算课件
04
道的定分 析
哈里斯方法
哈里斯方法是一种用于分析非线性动力系统稳定性的数值 方法。在卫星轨道稳定性分析中，哈里斯方法可用于研究 卫星轨道在受到扰动后的稳定性。
该方法通过计算系统的奇异值来确定系统的稳定性，奇异 值越小，系统越稳定。通过比较不同扰动下的奇异值，可 以评估卫星轨道的稳定性。
李雅普诺夫指数方法
优点 适用于各种复杂轨道和扰动，计算速度快。
缺点 需要选择合适的积分方法和步长，对初值敏感。
03
道的力学型
万有引力
万有引力是影响卫星轨道的主要因素 之一，它使得卫星受到地球的吸引， 产生向心加速度，维持卫星在轨道上 运行。
万有引力的大小与两个物体的质量成 正比，与它们之间的距离的平方成反 比，遵循万有引力定律。
数值模拟方法
数值模拟方法是一种通过数值计算来 模拟动态系统行为的方法。在卫星轨 道稳定性分析中，数值模拟方法可用 于模拟卫星轨道在受到扰动后的演化 过程。
VS
通过数值模拟，可以观察卫星轨道在 不同扰动下的变化情况，从而评估卫 星轨道的稳定性。数值模拟方法还可 以用于预测卫星轨道未来的演化趋势， 为卫星轨道设计和优化提供参考。
优点
直观易懂，适用于简单轨 道分析。
缺点
对于复杂轨道和实时计算 不太适用。
动力法
定义
动力法考虑地球引力、太阳辐射 压和其他天体引力扰动等动力因
素，模拟卫星运动。
优点
能够处理复杂扰动，适用于长期轨 道预测。
缺点
计算量大，需要高精度数值方法。
数值法
1 2 3
定义 数值法采用数值积分方法，对卫星运动方程进行 积分求解。
详细描述
无线电观测是一种常用的卫星轨道观测方法，通过接收卫星发射的无线电信号，测量卫星轨道参数，具有全天候、 全天时的特点，但测量精度受信号质量影响较大。
人造地球卫星推算公式
人造地球卫星推算公式
人造地球卫星的轨道是由许多因素决定的，包括地球引力、大气阻力、太阳引力等。
为了推算卫星的轨道，需要运用一些数学公式。
其中，最基本的公式是牛顿万有引力定律，它描述了两个物体之间的引力大小和方向。
对于地球和卫星之间的引力，可以用以下公式表示：
F =
G * M1 * M2 / r^2
其中，F表示引力大小，G为万有引力常数，M1和M2分别表示
地球和卫星的质量，r为地球和卫星之间的距离。
根据牛顿第二定律，物体的加速度等于受到的力除以物体的质量。
因此，我们可以得到卫星在轨道上的加速度公式：
a = F / m
其中，a表示卫星在轨道上的加速度，m为卫星的质量。
根据牛顿运动定律，物体的运动状态是由它的初速度、加速度和时间决定的。
因此，我们可以推算出卫星在轨道上的速度和位置：
v = v0 + at
r = r0 + vt + 1/2at^2
其中，v表示卫星的速度，v0为卫星的初速度，r表示卫星的位置，r0为卫星的初始位置，t为时间。
除了上述基本公式，还需要考虑到大气阻力、太阳引力等因素对卫星轨道的影响。
因此，在实际应用中，还需运用更加复杂的公式进行推算。
数值分析报告第五版_李庆扬_王能超_易大义主编课后习题问题详解
第一章 绪论1．设0x >,x 的相对误差为δ，求ln x 的误差。
解：近似值*x 的相对误差为*****r e x xe x x δ-=== 而ln x 的误差为()1ln *ln *ln **e x x x e x =-≈进而有(ln *)x εδ≈2．设x 的相对误差为2%，求nx 的相对误差。
解：设()nf x x =，则函数的条件数为'()||()p xf x C f x = 又1'()n f x nx-=, 1||n p x nx C n n-⋅∴== 又((*))(*)r p r x n C x εε≈⋅且(*)r e x 为2((*))0.02n r x n ε∴≈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：*1 1.1021x =,*20.031x =, *3385.6x =, *456.430x =,*57 1.0.x =⨯ 解：*1 1.1021x =是五位有效数字； *20.031x =是二位有效数字； *3385.6x =是四位有效数字； *456.430x =是五位有效数字； *57 1.0.x =⨯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) ***124x x x ++,(2) ***123x x x ,(3) **24/x x .其中****1234,,,x x x x 均为第3题所给的数。
解：*41*32*13*34*151()1021()1021()1021()1021()102x x x x x εεεεε-----=⨯=⨯=⨯=⨯=⨯***124***1244333(1)()()()()1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=⨯+⨯+⨯=⨯ ***123*********123231132143(2)()()()()1111.10210.031100.031385.610 1.1021385.6102220.215x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯≈**24****24422*4335(3)(/)()()110.0311056.430102256.43056.43010x x x x x x xεεε---+≈⨯⨯+⨯⨯=⨯=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？ 解：球体体积为343V R π=则何种函数的条件数为23'4343p R V R R C V R ππ===(*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈=又(*)1r V ε=故度量半径R 时允许的相对误差限为1(*)10.333r R ε=⨯≈6．设028Y =，按递推公式1n n Y Y -=-（n=1,2,…）计算到100Y 27.982≈（5位有效数字），试问计算100Y 将有多大误差？解：1n n Y Y -=10099Y Y ∴=9998Y Y =9897Y Y =……10Y Y =依次代入后，有1000100Y Y =-即1000Y Y =，27.982≈, 100027.982Y Y ∴=-*310001()()(27.982)102Y Y εεε-∴=+=⨯100Y ∴的误差限为31102-⨯。
卫星运动规律
同步卫星、 近地卫星、赤道上与地球保持相对静止物体
多星系统
宇宙中几个星体相互吸引，绕同一个圆心做圆周运动， 彼此的相对位置保持不变。
A
O A
B
O
B
C
双星系统
基本特征：
A
r1 O
r2
m1
L
1、两星体受到的引力（向心力）相等
B 2、两星体的周期、角速度相等
m2
3、星体间距离不等于各自的转动半径 且r1+r2=L
A：
G
m1m2 L2ຫໍສະໝຸດ m1r1 2Gm2 L2
r1 2
B：
G m1m2 L2
m2r2 2
G
m1 L2
r2 2
双星系统
A r1 O
r2
m1
L
A：
m2
B：
G
m2 L2
r1 2
G
m1 L2
r2 2
常用结论：
m1 1、两星体的质量之比：m 2
r2 r1
2、设两星体质量之和为M，则： M
3、两星体转动的周期： T 4 2L3
特殊的卫星
1、近地卫星：
特征：轨道半径等于地球半径
轨道平面：任意一个过地球球心的平面
环绕周期：T
4 2R3
GM
5.06103 s 84.3min
用途： 观测卫星；军事卫星等
2、同步卫星： 特征：与地面保持相对静止
轨道平面：赤道平面
轨道有且只有一个， 在赤道平面内，周期24h，半径约为7R地 与地球自转周期相同的卫星轨道不唯一
卫星运动规律
卫星运动规律
1、卫星轨道
以地球球心为圆心（焦点）的圆周（椭圆）
卫星绕地球一圈计算公式
卫星绕地球一圈计算公式卫星绕地球一圈的计算公式是一个基础的物理问题，它涉及到地球的半径、卫星的轨道高度以及地球的引力等因素。
在本文中，我们将探讨这个问题，并推导出相应的计算公式。
首先，让我们来了解一下地球的基本参数。
地球的半径约为6371公里，这是一个常用的数值。
而卫星的轨道高度则是指卫星距离地球表面的垂直距离。
通常来说，卫星的轨道高度会远远大于地球的半径，因此我们可以将地球视为一个理想的球体，而不考虑地球的自转和地球形状的影响。
在物理学中，我们知道物体在受到引力作用下会绕着引力中心运动。
对于地球和卫星的系统来说，地球的引力作用于卫星，使得卫星围绕地球运动。
根据牛顿的万有引力定律，我们可以得到地球对卫星的引力公式：F =G (m1 m2) / r^2。
在这个公式中，F表示地球对卫星的引力，G是万有引力常数，m1和m2分别是地球和卫星的质量，r是地球和卫星之间的距离。
由于地球的质量远远大于卫星，我们可以近似地将m1看作是无穷大，从而简化公式为：F = (G m) / r^2。
其中m是卫星的质量。
根据牛顿的第二定律，我们知道力等于质量乘以加速度，即F = m a。
因此，我们可以将上面的公式改写为：m a = (G m) / r^2。
通过对上面的公式进行简化，我们可以得到卫星在绕地球运动时的加速度公式：a = (G M) / r^2。
在这个公式中，a表示卫星的加速度，G是万有引力常数，M是地球的质量，r是卫星距离地球表面的距离。
这个公式告诉我们，卫星的加速度与其距离地球的高度成反比，即卫星距离地球越远，其加速度越小。
接下来，让我们来考虑卫星绕地球一圈所需要的时间。
根据牛顿的运动定律，我们知道力等于质量乘以加速度，即F = m a。
而力又可以表示为质量乘以加速度，即F = m v^2 / r。
将这两个公式结合起来，我们可以得到卫星绕地球一圈所需要的时间公式：T = 2π√(r^3 / (G M))。
在这个公式中，T表示卫星绕地球一圈所需要的时间，π是圆周率，r是卫星距离地球表面的距离，G是万有引力常数，M是地球的质量。
卫星轨道计算[仅供参考]
![卫星轨道计算[仅供参考]](https://img.taocdn.com/s3/m/0fac6c5f9b6648d7c1c746b2.png)
a = 8878.137 km
最后，根据公式(1)可以计算卫星的轨道周期
T 2 a3 8325.1703s
参考课件
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2.2 卫星的空间定位
坐标系统
日心(Heliocentric )坐标系
以太阳的质心为坐标圆点
卫星中心(Satellite-centered)坐标系
约翰尼斯 开普勒(1571-1630)通过观察推导了行星运 动的3大定理，即开普勒3定理
艾萨克·牛顿爵士(1642-1727)从力学原理出发证明了 开普勒定理并创立了万有引力理论
开普勒定理适用于空间任何两个物体间通过引力相 互作用的情况，即二体问题（two-body problem）
参考课件
参考课件
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2.2 卫星的空间定位 续2
地心坐标系
North pole Z
以地心为坐标圆点
以赤道平面为基础平面
Equator plane
O
Y
地心-春分点方向为X轴
Z轴垂直于赤道平面
X Vernal equinox
XYZ轴构成右手坐标系
Orbital plane
参考课件
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2.2 卫星的空间定位 续3
椭圆轨道面内的卫星定位
开普勒方程
M = E - e·sin(E) (4)
高斯方程
2 arctan(
1e E tan )
(5)
1e 2
参考课件
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2.2 卫星的空间定位 续9
椭圆轨道面内的卫星定位
计算流程 1) 使用方程(1)计算卫星的平均角速度n 2) 使用方程(3)计算平均近点角M 3) 解开普勒方程(4)获得偏心近点角E 4) 使用高斯方程(5)计算真近点角θ 5) 按下式计算距离矢量r
求卫星轨道的周长
数值分析实验报告题目一、问题提出地球卫星轨道是一个椭圆，椭圆周长的计算公式是，这里a是椭圆的半长轴，c是地球中心（椭圆中心）的距离，记h为近地点距离，H为远地点距离，R= 6371（km）为地球半径，则a=（2R+H+h）/2,c=(H-h)/2.我国第一颗人找地球卫星近地点距离h=439（km），远地点距离H=2384（km），试求卫星轨道的周长.二、模型建立龙贝格求积算法公式为：,2,1 , )(141)2(144 )(1)1(1)( k h T h T T k m m k m m m k m椭圆周长的计算公式：R= 6371（km ），则a=（2R+H+h ）/2,c=(H-h)/2. R= 6371（km ）， h=439（km ），H=2384（km ）三、 求解方法Matlab M 文件：function R = romberg(f,a,b,n)format longR = zeros([n + 1, n + 1]);R(0+1, 0+1) = (b - a) / 2 * (feval(f, a) + feval(f, b));for i = 1 : n, h = (b - a) / 2^i; s = 0;for k = 1 : 2^(i-1),s = s + feval(f, a + (2*k - 1)*h);endR(i+1, 0+1) = R(i-1+1, 0+1)/2 + h*s;endfor j = 1 : n, fac = 1 / (4^j - 1);for m = j : n,R(m+1, j+1) = R(m+1, j-1+1) + fac*(R(m+1, j-1+1) - R(m-1+1, j-1+1)); endendfunction I=f(x)R=6371;h=439;H=2384;a=(2*R+H+h)/2;c=(H-h)/2;I=sqrt(1-(c/a)^2*(sin(x)^2));四、输出结果积分I输出结果：ans =1.56464021873499 0 01.56464627404395 1.56464829248027 01.56464627407325 1.56464627408301 1.56464613952319即加速3次求得：k0 1.564640218734991 1.56464627404395 1.564648292480272 1.56464627407325 1.56464627408301 1.56464613952319计算得：I = 1.56464613952319所以卫星轨道的周长S = 4aI = 48708 km五、结果分析由计算结果可知，利用龙贝格算法计算积分，利用外推法，提高了计算精度，加快了收敛速度，求得的结果比较精确。
人造地球卫星推算公式
人造地球卫星推算公式
人造地球卫星的推算公式是为了计算卫星的运动轨迹和位置而设计的。
公式的推导过程基于牛顿运动定律，考虑到地球和卫星的引力相互作用，以及卫星的质量和速度等因素。
推算公式可以分为两部分：第一部分是计算卫星的轨道半径和周期，第二部分是计算卫星在轨道上的位置。
第一部分的公式如下：
1. 计算轨道半径：
a = (GM*T^2/4π^2)^(1/3)
其中，G是万有引力常数，M是地球质量，T是卫星绕地周期，a 是轨道半径。
2. 计算轨道周期：
T = 2π*(a^3/GM)^(1/2)
其中，G、M和a的含义同上，T是卫星绕地周期。
第二部分的公式如下：
1. 计算卫星在轨道上的位置：
x = a*cos(E) - ae
y = a*(1-e^2)^(1/2)*sin(E)
其中，a是轨道半径，e是轨道离心率，E是偏近点角，x和y是卫星在轨道上的坐标，ae是轨道的长半径。
2. 计算偏近点角E：
M = n*t + M0
E - e*sin(E) = M
其中，n是卫星的平均角速度，t是时间，M是平近点角，M0是
平近点角在某一时刻的值。
以上公式是人造地球卫星推算公式的基本内容，可以通过数值计算的方式得到卫星的运动轨迹和位置信息。
这些信息对于卫星的设计、控制和应用都具有重要的意义。
人造卫星的运动规律公式(一)
人造卫星的运动规律公式(一)人造卫星的运动规律公式1. 地球引力公式•地球引力公式是计算物体在地球表面重力的公式，可表示为：F = m * g其中，F是物体所受的重力，m是物体的质量，g是重力加速度（ m/s^2）。
例子：一个卫星质量为1000 kg，那么它所受的重力为 1000 kg * m/s^2 = 9800 N。
2. 圆周运动公式•当卫星绕地球做圆周运动时，其圆周运动公式可以表示为：F = m * ω^2 * r其中，F是卫星所受的向心力，m是卫星的质量，ω是卫星的角速度，r是卫星绕地球运动的半径。
例子：一个卫星质量为2000 kg，在绕地球的运动过程中，其角速度为 rad/s，绕地球的半径为1000 km（1 km =1000 m），那么所受的向心力为 2000 kg * ( rad/s)^2 * 1000m = 4000 N。
3. 卫星轨道速度公式•卫星在绕地球运动时，其轨道速度可由以下公式计算得出：v = √(G * M / r)其中，v是卫星的轨道速度，G是万有引力常量（约为 * 10^-11 N m^2 / kg^2），M是地球的质量，r是卫星绕地球的半径。
例子：地球的质量约为 * 10^24 kg，一个卫星绕地球运动的半径为10000 km，那么卫星的轨道速度为√(( * 10^-11 N m^2 / kg^2) * ( * 10^24 kg) / (10000 km * 1000m/km)) = 7644 m/s。
4. 卫星轨道周期公式•卫星在绕地球运动一周所需的时间可以由以下公式计算得出：T = 2π * √(r^3 / (G * M))其中，T是卫星的轨道周期，r是卫星绕地球的半径，G是万有引力常量，M是地球的质量。
例子：地球的质量约为 * 10^24 kg，一个卫星绕地球运动的半径为20000 km，那么卫星的轨道周期为2π * √ km * 1000 m/km)^3 / (( * 10^-11 N m^2 / kg^2) * ( * 10^24kg))) = 5280 s。
卫星轨道计算
④ 离
⑤ 卫星与地球质心的几何距离为：
3.卫星轨道计算
3.2 开普勒方程
① 开普勒第三定律可表示为：
② 假定为 点角：
卫星通过近地点A的时刻，对应t 时刻的平近
3.卫星轨道计算
3.2 开普勒方程
③ 对应任意t 时刻的开普勒方程可描述为：
④ 于是，可得到真近点角f 可表示为：
4.卫星坐标计算算法步骤
4.2 重要MATLAB函数说明
（三）计算卫星位置模块 （1）读观测值文件（*.o文件）函数 在求解卫星位置时，第一需要利用o文件中每个历元 的历元时刻t。在计算某时刻卫星位置时，这里的某时刻便 是o文件历元时刻t。第二需要利用读取的每个历元不同的
卫星PRN号。根据PRN号和历元时刻 t 在广播星历n文件中
单位为弧度，是由于摄动力而引起的改正项。
4.卫星坐标计算算法步骤
4.1 算法
① 计算卫星运行的平均角速度 n
② 计算归化时间
4.卫星坐标计算算法步骤
4.1 算法
③ 观测时刻卫星平近点角 的计算
④ 计算偏近点角
⑤ 真近点角
的计算
4.卫星坐标计算算法步骤
4.1 算法
⑥ 升交距角 的计算
⑦ 摄动改正项
计算卫星位置。
4.卫星坐标计算算法步骤
4.2 重要MATLAB函数说明
（3）dt = check_t(time) time—儒略日； 返回值—修复后的儒略日。 （4）X = satpos(tx_GPS, Eph(:,k)) tx_GPS—上节所述的归化时间，用儒略日表示的； Eph(:,k)—Eph星历矩阵中的某一列数据； 返回值—卫星在地心地固坐标系中坐标。
1.开普勒定律
数学实验-探月卫星的飞行速度计算
实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验时间: 报告评分：一、实验室名称：应用数学学院数学实验室二、实验项目名称：探月卫星的飞行速度计算三、实验原理：用平面曲线弧长的定积分公式计算人造卫星椭圆轨道周长和速度四、实验目的：熟悉MATLAB 的编程环境，掌握MATLAB 的数值积分方法五、实验内容：在嫦娥一号探月卫星的初始轨道上，近地点距离h =200km ，远地点距离H =51000km 。
取地球长半轴R =6378km 。
由于地球位于卫星椭圆轨道的一个焦点上，根据近地点距离和远地点距离可分别计算出椭圆长半轴、椭圆半焦距、椭圆短半轴2/)2(R H h a ++=，2/)(h H c -=，22c a b -=. 利用椭圆周长公式：⎰-=2/022cos 14πdx x c a L 计算卫星轨道周长，并计算卫星运行的平均速度。
为了进入地月转移轨道，卫星要进行四次变轨调速。
第一次变轨卫星进入16小时轨道，近地点距离为h =600km ，远地点距离不变；第二次变轨卫星进入24小时轨道，近地点距离不变，远地点距离为H =71000km ；第三次变轨卫星进入48小时轨道，近地点距离不变，远地点距离为H =128000km ；第四次变轨卫星进入116地月转移轨道，近地点距离不变，远地点距离为H =370000km 。
卫星的轨道周长和平均速度会如何变化？六、实验器材（设备、元器件）：台式计算机七、实验步骤及操作：八、实验数据及结果分析：九、实验结论：十、总结及心得体会：十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议：指导教师签字：MATLAB实验参考程序：%h=200;h=600;%H=51000;%H=71000;%H=128000;H=370000;R=6378;%Time=16*3600;%Time=24*3600;%Time=48*3600;Time=116*3600;a=(h+H+2*R)/2;c=(H-h)/2;e1=c/a; b=sqrt(a*a-c*c); %计算离心率和短半轴syms e2 t %定义两个符号变量f=sqrt(1-e2*(cos(t)^2)); %定义符号表达式ft=subs(f,e2,e1*e1); %替换离心率数据S=int(ft,0,pi/2); %计算积分L=4*a*double(S) %符号数据转换为数值V=L/Time %计算平均速度s1=pi*a*b/Time; %每秒扫过的面积Vmax=2*s1/(h+R) %最大速度Vmin=2*s1/(H+R)。
数值分析习题集及答案
数值分析习题集及答案数值分析习题集（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,求的误差.2.设x的相对误差为2％,求的相对误差.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:4.利⽤公式求下列各近似值的误差限:其中均为第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.设按递推公式( n=1,2,…)计算到.若取≈(五位有效数字),试问计算将有多⼤误差?7.求⽅程的两个根,使它⾄少具有四位有效数字(≈.8.当N充分⼤时,怎样求?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㎝?10.设假定g是准确的,⽽对t的测量有±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.序列满⾜递推关系(n=1,2,…),若(三位有效数字),计算到时误差有多⼤?这个计算过程稳定吗?12.计算,取,利⽤下列等式计算,哪⼀个得到的结果最好?13.,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计算,求对数时误差有多⼤?14.试⽤消元法解⽅程组假定只⽤三位数计算,问结果是否可靠?15.已知三⾓形⾯积其中c为弧度,,且测量a ,b ,c的误差分别为证明⾯积的误差满⾜第⼆章插值法1.根据定义的范德蒙⾏列式,令证明是n次多项式,它的根是,且.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,k=0,1,2,3,求.6.设为互异节点(j=0,1,…,n),求证:i)ii)7.设且,求证8.在上给出的等距节点函数表,若⽤⼆次插值求的近似值,要使截断误差不超过,问使⽤函数表的步长应取多少?9.若,求及.10.如果是次多项式,记,证明的阶差分是次多项式,并且为正整数).11.证明.12.证明13.证明14.若有个不同实根,证明15.证明阶均差有下列性质:i)若,则;ii)若,则.16.,求及.17.证明两点三次埃尔⽶特插值余项是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,使它满⾜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,以便使它能够满⾜以下边界条件,,.20.设,把分为等分,试构造⼀个台阶形的零次分段插值函数并证明当时,在上⼀致收敛到.21.设,在上取,按等距节点求分段线性插值函数,计算各节点间中点处的与的值,并估计误差.22.求在上的分段线性插值函数,并估计误差.23.求在上的分段埃尔⽶特插值,并估计误差.i)ii)25.若,是三次样条函数,证明i);ii)若,式中为插值节点,且,则.26.编出计算三次样条函数系数及其在插值节点中点的值的程序框图(可⽤式的表达式).第三章函数逼近与计算1.(a)利⽤区间变换推出区间为的伯恩斯坦多项式.(b)对在上求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)当时,. (b)当时,.3.在次数不超过6的多项式中,求在的最佳⼀致逼近多项式.4.假设在上连续,求的零次最佳⼀致逼近多项式.5.选取常数,使达到极⼩,⼜问这个解是否唯⼀?6.求在上的最佳⼀次逼近多项式,并估计误差.7.求在上的最佳⼀次逼近多项式.8.如何选取,使在上与零偏差最⼩?是否唯⼀?9.设,在上求三次最佳逼近多项式.10.令,求.11.试证是在上带权的正交多项式.12.在上利⽤插值极⼩化求1的三次近似最佳逼近多项式.13.设在上的插值极⼩化近似最佳逼近多项式为,若有界,证明对任何,存在常数、,使14.设在上,试将降低到3次多项式并估计误差.15.在上利⽤幂级数项数求的3次逼近多项式,使误差不超过.16.是上的连续奇(偶)函数,证明不管是奇数或偶数,的最佳逼近多项式也是奇(偶)函数.17.求、使为最⼩.并与1题及6题的⼀次逼近多项式误差作⽐较.18.、,定义问它们是否构成内积?19.⽤许⽡兹不等式估计的上界,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,使下列积分取得最⼩值:.21.设空间,分别在、上求出⼀个元素,使得其为的最佳平⽅逼近,并⽐较其结果.22.在上,求在上的最佳平⽅逼近.23.是第⼆类切⽐雪夫多项式,证明它有递推关系.24.将在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.把在上展成切⽐雪夫级数.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,试⽤改进FFT算法求出序列的离散频谱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);(2);(3);(4).2.分别⽤梯形公式和⾟普森公式计算下列积分:(1); (2);(3); (4).3.直接验证柯特斯公式具有5次代数精度.4.⽤⾟普森公式求积分并计算误差.5.推导下列三种矩形求积公式:(1);(2);(3).6.证明梯形公式和⾟普森公式当时收敛到积分.7.⽤复化梯形公式求积分,问要将积分区间分成多少等分,才能保证误差不超过(设不计舍⼊误差)?8.⽤龙贝格⽅法计算积分,要求误差不超过.9.卫星轨道是⼀个椭圆,椭圆周长的计算公式是,这⾥是椭圆的半长轴,是地球中⼼与轨道中⼼(椭圆中⼼)的距离,记为近地点距离,为远地点距离,公⾥为地球半径,则.我国第⼀颗⼈造卫星近地点距离公⾥,远地点距离公⾥,试求卫星轨道的周长.10.证明等式试依据的值,⽤外推算法求的近似值.11.⽤下列⽅法计算积分并⽐较结果.(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.第五章常微分⽅程数值解法1. 就初值问题分别导出尤拉⽅法和改进的尤拉⽅法的近似解的表达式，并与准确解相⽐较。
卫星轨道高度速度计算公式
卫星轨道高度速度计算公式卫星是人类利用航天技术将人造物体送入地球轨道或其他天体轨道的一种人造天体。
卫星通常用于通信、导航、气象监测、科学研究等领域。
在卫星的设计和运行过程中，计算卫星轨道高度和速度是非常重要的一部分。
本文将介绍卫星轨道高度速度计算公式，并探讨其在卫星设计和运行中的应用。
卫星轨道高度速度计算公式是由牛顿引力定律和圆周运动定律推导而来的。
在地球的引力作用下，卫星绕地球运动。
根据牛顿引力定律，地球对卫星的引力与卫星的质量和地球的质量成正比，与卫星与地球的距离的平方成反比。
根据圆周运动定律，卫星绕地球运动的加速度与卫星的速度的平方和卫星与地球的距离成反比。
综合考虑这两个定律，可以得到卫星轨道高度速度计算公式。
首先，我们来推导卫星轨道高度速度计算公式。
假设卫星质量为m，地球质量为M，卫星与地球的距离为r，卫星的速度为v。
根据牛顿引力定律，地球对卫星的引力F可以表示为：F =G M m / r^2。
其中，G为万有引力常数。
根据牛顿第二定律，卫星的加速度a可以表示为：a = F / m = G M / r^2。
根据圆周运动定律，卫星的加速度a与卫星的速度v和卫星与地球的距离r之间的关系为：a = v^2 / r。
将上述两个式子联立，可以得到卫星轨道高度速度计算公式：v = sqrt(G M / r)。
这就是卫星轨道高度速度计算公式。
根据这个公式，我们可以通过已知的地球质量和卫星与地球的距离来计算卫星所需的速度。
同时，通过这个公式，我们也可以计算出卫星所需的轨道高度。
在卫星设计和运行中，卫星轨道高度速度计算公式有着重要的应用。
首先，对于通信卫星和气象卫星等需要稳定轨道的卫星来说，确定合适的轨道高度和速度是非常重要的。
通过卫星轨道高度速度计算公式，工程师可以根据卫星的任务需求和地球的引力场来确定卫星的轨道参数，从而保证卫星能够稳定运行并完成其任务。
其次，对于导航卫星来说，合适的轨道高度和速度也是至关重要的。
人造卫星 八年级物理速度计算题
人造卫星是人类利用科技手段制造并送入地球轨道的一种人造天体。
它可以用于通信、导航、气象预报等领域，对于人类社会的发展具有重要意义。
人造卫星的速度计算是物理课程中的重要内容之一，让我们来看一些典型的八年级物理速度计算题：1. 假设一颗人造卫星在距离地球表面3600km的轨道上运行，试计算其速度为多少？（提示：地球半径为6400km）解答：首先要计算卫星的轨道半径为6400km+3600km=xxxkm，其次根据速度定义公式v=2πr/T，T为轨道一周的时间，计算得周长C=2πr=2*3.14*xxx=xxxkm, 轨道一周时间T=xxx/v。
由于在3600km的轨道上，重力加速度与地表相同，设重力加速度为10m/s²，轨道力的大小为GM/r²=v²/r，计算出v的数值后，再带入F=mv²/r和G=GMm/r²=4π²r³/GT²等公式，便可求得v的具体数值。
2. 若一个人造卫星的轨道半径为9000km，计算其轨道到地面垂直方向的高度为多少？（提示：地球半径为6400km）解答：根据直角三角形的勾股定理，可知卫星到地面垂直方向的高度就是地球的半径加上卫星的轨道半径，即6400km+9000km=xxxkm。
以上是典型的八年级物理速度计算题，这些问题可以帮助学生加深对速度定义的理解，在日常生活中也可以利用到这些知识，比如计算卫星通信的传输速度等。
在现代社会中，人造卫星的应用已经渗透到了各个领域，对于通讯、导航、天气预报等方面都起到了不可或缺的作用。
而想要深入了解人造卫星，除了需要理解其运行原理和速度计算外，还需要对其发射、构造和应用等方面有所了解。
3. 人造卫星的发射人造卫星的发射是一个复杂而艰巨的工程，通常由火箭进行。
为了让卫星能够顺利进入预定的轨道，需要根据地球自转速度、大气层密度和目标轨道高度等因素进行精密的设计和计算。
数值分析习题集及答案
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: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?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 ∆满足第二章 插值法1. 根据(2.2)定义的范德蒙行列式,令 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. ,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:7. 设[]2(),f x Ca 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[][][]()()()()()()()()()baS 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{}*()nT x 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n f L ∞-有界,证明对任何1n ≥,存在常数n α、n β,使14. 设在[]1,1-上234511315165()128243843840x x x x x xϕ=-----,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[]22sin 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 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()sin 2f 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()y f t =.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)()hh f 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10xedx-⎰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()()()()()2ba f f x dxb 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。
数值分析第四版习题及答案
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 cs 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 n n 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 j j x l x xk n =≡=∑ii)()()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 b a x b f x b a f x ≤≤≤≤≤-"8. 在44x -≤≤上给出()x f x e =的等距节点函数表,若用二次插值求x e 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2n n 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()()()bbbba a a a f 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[][][]()()()()()()()()()baS 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{}*()nT x 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[]22sin 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()sin 2f 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)()hh f 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()()()()()2ba f f x dxb 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 nn n ππππ=-+-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。
数值分析第五版答案(全)
第一章 绪论1．设0x >,x 的相对误差为δ，求ln x 的误差。
解：近似值*x 的相对误差为*****r e x xe x x δ-=== 而ln x 的误差为()1ln *ln *ln **e x x x e x =-≈进而有(ln *)x εδ≈2．设x 的相对误差为2%，求n x 的相对误差。
解：设()nf x x =，则函数的条件数为'()||()p xf x C f x = 又1'()n f x nx-=, 1||n p x nx C n n-⋅∴== 又((*))(*)r p r x n C x εε≈⋅且(*)r e x 为2((*))0.02n r x n ε∴≈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：*1 1.1021x =,*20.031x =, *3385.6x =, *456.430x =,*57 1.0.x =⨯解：*1 1.1021x =是五位有效数字； *20.031x =是二位有效数字； *3385.6x =是四位有效数字； *456.430x =是五位有效数字； *57 1.0.x =⨯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) ***124x x x ++,(2) ***123x x x ,(3) **24/x x .其中****1234,,,x x x x 均为第3题所给的数。
解：*41*32*13*34*151()1021()1021()1021()1021()102x x x x x εεεεε-----=⨯=⨯=⨯=⨯=⨯***124***1244333(1)()()()()1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=⨯+⨯+⨯=⨯ ***123*********123231132143(2)()()()()1111.10210.031100.031385.610 1.1021385.6102220.215x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯≈**24****24422*4335(3)(/)()()110.0311056.430102256.43056.43010x x x x x x xεεε---+≈⨯⨯+⨯⨯=⨯=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？ 解：球体体积为343V R π=则何种函数的条件数为23'4343p R V R R C V R ππ===(*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈=又(*)1r V ε=%1故度量半径R 时允许的相对误差限为εr (V ∗)=13∗1%=13006．设028Y =，按递推公式1n n Y Y -= （n=1,2,…）计算到100Y 27.982≈（5位有效数字），试问计算100Y 将有多大误差？解：1n n Y Y -=-10099Y Y ∴=9998Y Y =9897Y Y =……10Y Y =依次代入后，有1000100Y Y =-即1000Y Y =27.982≈, 100027.982Y Y ∴=-*310001()()(27.982)102Y Y εεε-∴=+=⨯100Y ∴的误差限为31102-⨯。
卫星套圈时间公式
卫星套圈时间公式
卫星套圈时间公式是指计算卫星绕地球一圈所需的时间的公式。该公式可以通过卫星的轨 道半径和地球的质量来计算。
卫星套圈时间公式为：
T = 2π√(r³/GM)
其中，T表示卫星套圈的时间，r表示卫星的轨道半径，G表示引力常数，M表示地球的质 量。
卫星套圈时间公式
需要注意的是，该公式是在假设有一些误差。此外，该公式适用于圆形轨道的卫星，对于椭圆轨道的卫星，需要进行 修正计算。
卫星轨道计算
卫星轨道计算一、引言卫星轨道计算是指通过数学方法和物理原理，确定卫星在空间中运动的轨道参数的过程。
卫星轨道计算是卫星设计、发射和运行过程中的重要环节，对卫星的运行轨迹和通信效果具有关键影响。
本文将介绍卫星轨道计算的基本原理和方法。
二、卫星轨道的基本参数卫星轨道的基本参数包括轨道高度、轨道倾角、轨道形状和轨道周期等。
轨道高度指的是卫星离地球表面的距离，通常以千米为单位。
轨道倾角是指卫星轨道平面与赤道面之间的夹角，用度数表示。
轨道形状可以分为圆形轨道和椭圆轨道，圆形轨道是指卫星围绕地球运行的轨道是一个完全闭合的圆形，而椭圆轨道则是指卫星围绕地球运行的轨道是一个椭圆形。
轨道周期是指卫星绕地球一周所需的时间，通常以分钟为单位。
三、卫星轨道计算的方法卫星轨道计算的方法有多种，常用的方法包括开普勒方法、牛顿方法和数值积分方法等。
1. 开普勒方法开普勒方法是最早被使用的卫星轨道计算方法之一，它是根据开普勒的运动定律来计算卫星的轨道参数。
开普勒定律包括椭圆轨道的第一定律、第二定律和第三定律。
通过测量卫星的位置和速度，可以利用这些定律计算出卫星的轨道参数。
2. 牛顿方法牛顿方法是利用万有引力定律来计算卫星轨道的方法。
根据牛顿的万有引力定律，地球对卫星的引力和卫星的质量、速度和距离有关。
通过测量卫星的位置和速度，可以利用万有引力定律计算出卫星的轨道参数。
3. 数值积分方法数值积分方法是一种基于数值计算的卫星轨道计算方法。
通过将卫星的运动方程转化为数值计算的形式，利用计算机进行迭代计算，可以得到卫星的轨道参数。
数值积分方法在计算精度和计算效率方面具有优势，适用于复杂的轨道计算问题。
四、卫星轨道计算的应用卫星轨道计算在卫星设计、发射和运行过程中具有重要应用价值。
1. 卫星设计卫星轨道计算可以通过确定卫星的轨道参数，为卫星的设计提供基础数据。
根据卫星的任务需求和轨道参数，可以确定卫星的结构、推进系统和通信系统等设计参数。
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数值分析实验报告
题目
一、问题提出
地球卫星轨道是一个椭圆，椭圆周长的计算公式是
，这里a是椭圆的半长轴，c是地球中
心（椭圆中心）的距离，记h为近地点距离，H为远地点距离，R= 6371（km）为地球半径，则a=（2R+H+h）/2,c=(H-h)/2.我国第一颗人找地球卫星近地点距离h=439（km），远地点距离H=2384（km），试求卫星轨道的周长.
二、模型建立
龙贝格求积算法公式为：
,2,1 , )(141)2(144 )(1)1(1)
( k h T h T T k m m k m m m k m
椭圆周长的计算公式：
R= 6371（km ），则a=（2R+H+h ）/2,c=(H-h)/2. R= 6371（km ）， h=439（km ），H=2384（km ）
三、 求解方法
Matlab M 文件：
function R = romberg(f,a,b,n)
format long
R = zeros([n + 1, n + 1]);
R(0+1, 0+1) = (b - a) / 2 * (feval(f, a) + feval(f, b));
for i = 1 : n, h = (b - a) / 2^i; s = 0;
for k = 1 : 2^(i-1),
s = s + feval(f, a + (2*k - 1)*h);
end
R(i+1, 0+1) = R(i-1+1, 0+1)/2 + h*s;
end
for j = 1 : n, fac = 1 / (4^j - 1);
for m = j : n,
R(m+1, j+1) = R(m+1, j-1+1) + fac*(R(m+1, j-1+1) - R(m-1+1, j-1+1)); end
end
function I=f(x)
R=6371;h=439;H=2384;
a=(2*R+H+h)/2;c=(H-h)/2;
I=sqrt(1-(c/a)^2*(sin(x)^2));
四、输出结果
积分I输出结果：
ans =
1.56464021873499 0 0
1.56464627404395 1.56464829248027 0
1.56464627407325 1.56464627408301 1.56464613952319
即加速3次求得：
k
0 1.56464021873499
1 1.56464627404395 1.56464829248027
2 1.56464627407325 1.56464627408301 1.56464613952319
计算得：I = 1.56464613952319
所以卫星轨道的周长S = 4aI = 48708 km
五、结果分析
由计算结果可知，利用龙贝格算法计算积分，利用外推法，提高了计算精度，加快了收敛速度，求得的结果比较精确。