数值分析课后习题集部分参考答案解析

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1、数值分析课后习题部分参考答案Chapter1（P10）5.求的近似值，使其相对误差不超过。解：。设有位有效数字，则。从而，。故，若，则满足要求。解之得，。。（P10）7.正方形的边长约，问测量边长时误差应多大，才能保证面积的误差不超过1。解：设边长为，则。设测量边长时的绝对误差为，由误差在数值计算的传播，这时得到的面积的绝对误差有如下估计:。按测量要求，解得，。Chapter2（P47）5.用三角分解法求下列矩阵的逆矩阵：。解：设。分别求如下线性方程组：，，。先求的LU分解（利用分解的紧凑格式），。即，，。经直接三角分解法的回代程，分别求解方程组，和，得，；和，得，；和，得，；。所以，。（

2、P47）6.分别用平方根法和改进平方根法求解方程组：解:平方根法：先求系数矩阵的Cholesky分解（利用分解的紧凑格式），，即，，其中，。经平方根法的回代程，分别求解方程组和，得，。改进平方根法：先求系数矩阵的形如的分解，其中为单位下三角矩阵，为对角矩阵。利用计算公式，得；。分别求解方程组，和，得，。（P48）12.已知方程组的解为。（1）计算系数矩阵的条件数；（2）取，分别计算残量。本题的计算结果说明了什么？解：（1）设，求得，。从而，。（2）计算得，，；，。这说明，系数矩阵的条件数很大时，残量的大小不能反映近似解精度的高低。Chapter3（P72）3.用Jacobi迭代和Gauss

3、-Seidel迭代求解方程组取初值，迭代4次，并比较它们的计算结果。解：由方程组得，从而，Jacobi迭代格式为：，Gauss-Seidel迭代格式为：，整理得，，Jacobi迭代：Gauss-Seidel迭代：Jacobi迭代中已经是方程组的精确解，而从Gauss-Seidel迭代的计算结果，可以预见它是发散的。（P73）9.设有方程组（1）分别写出Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法的计算公式，（2）用迭代收敛的充要条件给出这两种迭代法都收敛的的取值范围。解:由方程组得，从而，Jacobi迭代格式为：，迭代矩阵为：设，求得，，故。另由Jacobi迭代格式，得Gauss-S

4、eidel迭代格式为：，迭代矩阵为：设，求得，，故。另外，应保证方程组的系数矩阵非奇异，解得，。由迭代收敛的充要条件得，Jacobi迭代收敛；Gauss-Seidel迭代收敛。故，使得两种迭代法都收敛的的取值范围是相同的：。（P74）12.证明对称矩阵当时为正定矩阵，且只有当时，Jacobi迭代解才收敛。解:为正定当且仅当以下三个不等式同时成立：，解之得，。此时解方程组的Gauss-Seidel迭代收敛。另外，可得解方程组的Jacobi迭代格式的迭代矩阵为解得，。由收敛的充要条件，Jacobi迭代收敛当且仅当。Chapter5（P140）7.设为个互异节点，为这组节点上的次Lagrange

5、插值基函数，试证：（1）；（2）。证：（1）对于固定的，设，则为次数不超过的多项式，且，而对于多项式函数当然也满足如上的等式条件以及次数，由Lagrange插值问题的适定性，。（2）对于固定的，，证完。