数值分析典型例题

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1、第一章典型例题例3ln2=0.69314718…,精确到10-3的近似值是多少?解精确到10-3=0.001,即绝对误差限是e=0.0005,故至少要保留小数点后三位才可以。ln2»0.693第二章典型例题例1用顺序消去法解线性方程组解顺序消元于是有同解方程组回代得解x3=-1,x2=1,x1=1,原线性方程组的解为X=(1,1,-1)T例2取初始向量X(0)=(0,0,0)T,用雅可比迭代法求解线性方程组解建立迭代格式(k=1,2,3,…)第1次迭代,k=0X(0)=0,得到X(1)=(1,3,5)T第2次迭代,k=1X(2)=(5,-3,-3)T第3次迭代,k=2

2、X(3)=(1,1,1)T第4次迭代,k=3X(4)=(1,1,1)T例4证明例2的线性方程组,雅可比迭代法收敛,而高斯-赛德尔迭代法发散。证明例2中线性方程组的系数矩阵为A=于是D=D-1=D雅可比迭代矩阵为B0=得到矩阵B0的特征根,根据迭代基本定理4,雅可比迭代法收敛。高斯-赛德尔迭代矩阵为G=-=-解得特征根为l1=0,l2,3=2。由迭代基本定理4知,高斯-赛德尔迭代发散。例5填空选择题:1.用高斯列主元消去法解线性方程组作第1次消元后的第2,3个方程分别为。答案:解答选a21=2为主元,作行互换,第1个方程变为:2x1+2x2+3x3=3,消元得到是应填写

3、的内容。3.用高斯-赛德尔迭代法解线性方程组的迭代格式中=(k=0,1,2,…)答案:解答:高斯-赛德尔迭代法就是充分利用已经得到的结果,求x2的值时应该用上x1的新值。第三章典型例题例1已知函数y=f(x)的观察数据为xk-2045yk51-31试构造拉格朗日插值多项式Pn(x),并计算f(-1)的近似值。[只给4对数据,求得的多项式不超过3次]解先构造基函数所求三次多项式为P3(x)==+-+=f(-1)»P3(-1)=例3设是n+1个互异的插值节点,是拉格朗日插值基函数,证明:(1)(2)证明(1)Pn(x)=y0l0(x)+y1l1(x)+…+ynln(x)=

4、当f(x)º1时,1=由于,故有(2)对于f(x)=xm,m=0,1,2,…,n,对固定xm(0£m£n),作拉格朗日插值多项式,有当n>m-1时,f(n+1)(x)=0,Rn(x)=0,所以注意:对于次数不超过n的多项式,利用上结果,有==上式正是Qn(x)的拉格朗日插值多项式。可见,Qn(x)的拉格朗日插值多项式就是它自身,即次数不超过n的多项式在n+1个互异节点处的拉格朗日插值多项式就是它自身。例5已知数据如表的第2,3列,试用直线拟合这组数据。解计算列入表中。n=5。a0,a1满足的法方程组是kxkykxkyk11414224.5493369184481632

5、558.52542.5S153155105.5解得a0=2.45,a1=1.25。所求拟合直线方程为y=2.45+1.25x例6选择填空题1.设y=f(x),只要x0,x1,x2是互不相同的3个值,那么满足P(xk)=yk(k=0,1,2)的f(x)的插值多项式P(x)是(就唯一性回答问题)答案:唯一的3.拉格朗日插值多项式的余项是(),牛顿插值多项式的余项是()(A)(B)f(x,x0,x1,x2,…,xn)(x-x1)(x-x2)…(x-xn-1)(x-xn)(C)(D)f(x,x0,x1,x2,…,xn)(x-x0)(x-x1)(x-x2)…(x-xn-1)(x

6、-xn)答案:(A),(D)。见教材有关公式。第四章典型例题例1试确定求积公式的代数精度。[依定义,对xk(k=0,1,2,3,…),找公式精确成立的k数值]解当f(x)取1,x,x2,…时,计算求积公式何时精确成立。(1)取f(x)=1,有左边=,右边=(2)取f(x)=x,有左边=,右边=(3)取f(x)=x2,有左边=,右边=(4)取f(x)=x3,有左边=,右边=(5)取f(x)=x4,有左边=,右边=当k£3求积公式精确成立,而x4公式不成立,可见该求积公式具有3次代数。例5试确定求积公式中的参数a,并证明该求积公式具有三次代数精度。解公式中只有一个待定参数

7、a。当f(x)=1,x时,有,即h=h,不能确定a,再令f(x)=x2,代入求积公式,得到,即得.求积公式为将f(x)=x3代入上求积公式,有可见,该求积公式至少具有三次代数精度。再将f(x)=x4代入上公式中,有所以该求积公式具有三次代数精度。例6选择填空题1.牛顿-科茨求积公式与高斯型求积公式的关键不同点是。解答:牛顿-科茨求积公式的节点和求积系数确定后,再估计其精度;高斯型求积公式是由精度确定其节点和求积系数。第五章典型例题例1证明方程1-x-sinx=0在区间[0,1]内有一个根,使用二分法求误差不超过0.5×10-4的根要迭代多少次?证明令

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