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 x
e x x δ-=
=
= 而ln x 的误差为()1
ln *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()n
f 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:
*4
1*
3
2*
13*
3
4*
1
51()1021()1021()1021()1021()102
x x x x x εεεεε-----=?=?=?=?=?
***
124***1244333
(1)()()()()
1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=?+?+?=? ***
123*********123231132143
(2)()
()()()
111
1.10210.031100.031385.610 1.1021385.610222
0.215
x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=???+???+???≈
**
24****
24422
*4
33
5
(3)(/)
()()
11
0.0311056.430102256.43056.430
10x x x x x x x
εεε---+≈
??+??=
?=
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343
V R π=
则何种函数的条件数为
2
3'4343
p 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 ?)=1
3
?1%=
1
300
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)102
Y Y εεε-∴=+=?
100Y ∴的误差限为31
102
-?。
7.求方程25610x x -+=的两个根,使它至少具有427.982=)。 解:25610x x -+=,
故方程的根应为1,228x =
故 1282827.98255.982x =≈+=
1x ∴具有5位有效数字
211
280.0178632827.98255.982
x =-=
≈
=≈+
2x 具有5位有效数字
8.当N 充分大时,怎样求1
2
1
1N N
dx x ++?
? 解
1
2
1
arctan(1)arctan 1N N
dx N N x
+=+-+?
设arctan(1),arctan N N αβ=+=。 则tan 1,tan .N N αβ=+=
1
22
11arctan(tan())
tan tan arctan
1tan tan 1arctan
1(1)1
arctan 1
N N dx x N N
N N
N N αβ
αβαβ
αβ++=-=--=++-=++=++? 9.正方形的边长大约为了100cm ,应怎样测量才能使其面积误差不超过21cm ? 解:正方形的面积函数为2
()A x x =
(*)2*(*)A A x εε∴=.
当*100x =时,若(*)1A ε≤, 则21
(*)102
x ε-≤
? 故测量中边长误差限不超过0.005cm 时,才能使其面积误差不超过21cm 10.设2
12S 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,而相对误差却减少。 解:
2
1,02
S gt t =
> 2
(*)(*)S gt t εε∴= 当*t 增加时,*S 的绝对误差增加
2*2*
(*)
(*)*
(*)1()2(*)2r S S S gt t g t t t
εεεε=
=
=
当*t 增加时,(*)t ε保持不变,则*S 的相对误差减少。
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? 解:
02 1.41y =≈
201
(*)102
y ε-∴=?
又
1101n n y y -=-
10101y y ∴=- 10(*)10(*)y y εε∴= 又
21101y y =-
21(*)10(*)y y εε∴=
220(*)10(*)......
y y εε∴=
1010010
2
8(*)10(*)
11010
2
1
102
y y εε
-∴==??=?
计算到10y
时误差为
81
102
?,这个计算过程不稳定。 12
.计算6
1)f =
≈1.4,利用下列等式计算,哪一个得到的结果最好?
,
3
(3-, , 99-
解:设6
(1)y x =-,
若x =
* 1.4x =,则*11
102x -ε()=?。
计算y 值,则 **
*7
**
*7
**1(1)
6(1)
y x x y x x y x ε()=--6?ε()+ =
ε()+ =2.53ε()
若通过3
(3-计算y 值,则
**2****
**(32)6
32y x x y x x
y x ε()=-3?2?-ε() =
ε()- =30ε()
计算y 值,则 ***4
***7
**1
(32)
1
(32)
y x x y x x y x ε()=--3?ε()+ =6?
ε()+ =1.0345ε()
计算后得到的结果最好。
13
.()ln(f x x =,求(30)f 的值。若开平方用6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? 解
()ln(f x x =
, (30)ln(30f ∴=-
设(30)u y f ==
则*
u =29.9833
*41
2
u -∴ε()=?10
故
***
*3
1
0.0167
y u u
u -1
ε()≈-ε()30- =
ε()
≈3?10
若改用等价公式
ln(ln(x x =-
则(30)ln(30f =-+ 此时,
***
*7
1
59.9833y u u
u -1
ε()=∣-∣ε()30+ =
?ε()
≈8?10
第二章 插值法
1.当1,1,2x =-时,()0,3,4f x =-,求()f x 的二次插值多项式。 解:
0120121200102021101201220211,1,2,
()0,()3,()4;()()1
()(1)(2)()()2()()1
()(1)(2)
()()6
()()1
()(1)(1)
()()3
x x x f x f x f x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x ==-===-=--==-+-----==------=
=-+--
则二次拉格朗日插值多项式为
2
20
()()k k k L x y l x ==∑
0223()4()
14
(1)(2)(1)(1)23
537623
l x l x x x x x x x =-+=---+
-+=
+- 2.给出()ln f x x =的数值表
用线性插值及二次插值计算的近似值。
解:由表格知,
01234012340.4,0.5,0.6,0.7,0.8;()0.916291,()0.693147()0.510826,()0.356675()0.223144
x x x x x f x f x f x f x f x ======-=-=-=-=-
若采用线性插值法计算ln0.54即(0.54)f , 则0.50.540.6<<
2
112
1
221
11122()10(0.6)()10(0.5)()()()()()
x x l x x x x x x l x x x x L x f x l x f x l x -==----=
=---=+
6.93147(0.6) 5.10826(0.5)x x =---
1(0.54)0.62021860.620219L ∴=-≈-
若采用二次插值法计算ln0.54时,
1200102021101201220212001122()()
()50(0.5)(0.6)
()()
()()
()100(0.4)(0.6)
()()()()
()50(0.4)(0.5)
()()
()()()()()()()
x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x L x f x l x f x l x f x l x --==------==-------=
=----=++
500.916291(0.5)(0.6)69.3147(0.4)(0.6)0.51082650(0.4)(0.5)
x x x x x x =-?--+---?--2(0.54)0.615319840.615320L ∴=-≈-
3.给全cos ,090x x ≤≤的函数表,步长1(1/60),h '==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。
解:求解cos x 近似值时,误差可以分为两个部分,一方面,x 是近似值,具有5位有效数字,在此后的计算过程中产生一定的误差传播;另一方面,利用插值法求函数cos x 的近似值时,采用的线性插值法插值余项不为0,也会有一定的误差。因此,总误差界的计算应综合以上两方面的因素。 当090x ≤≤时, 令()cos f x x = 取0110,(
)606018010800
x h ππ
===?=
令0,0,1,...,5400i x x ih i =+= 则5400902
x π
=
=
当[]1,k k x x x -∈时,线性插值多项式为
11111()()
()k k
k k k k k k
x x x x L x f x f x x x x x ++++--=+--
插值余项为
111
()cos ()()()()2
k k R x x L x f x x x x ξ+''=-=
-- 又
在建立函数表时,表中数据具有5位有效数字,且[]cos 0,1x ∈,故计算中有误差传播
过程。
*5
**11
2111*11
11*1*1
(())102
()(())(())
(())(
)
1
(())()
(())
k k k k k k k k k k k k k k k k
k k k k f x x x x x R x f x f x x x x x x x x x f x x x x x f x x x x x h
f x εεεεεε-++++++++++∴=?--=+----≤+--=-+-=
∴总误差界为
12*1*12*85
5()()
1
(cos )()()(())21
()()(())211
()(())22
1
1.0610102
0.5010610k k k k k k k R R x R x x x x x f x x x x x f x h f x ξεεε++---=+=
---+≤?--+≤?+=?+?=? 4.设为互异节点,求证: (1)
0()n
k k
j j j x l x x
=≡∑ (0,1,,);k n =
(2)0
()()0n
k j
j j x
x l x =-≡∑ (0,1,
,);k n =
证明
(1) 令()k
f x x =
若插值节点为,0,1,
,j x j n =,则函数()f x 的n 次插值多项式为0
()()n
k n j j j L x x l x ==∑。
插值余项为(1)1()
()()()()(1)!
n n n n f R x f x L x x n ξω++=-=
+ 又
,k n ≤
(1)()0()0
n n f R x ξ+∴=∴=
()n
k k
j j
j x l x x =∴=∑ (0,1,,);k n =
000
(2)()()
(())()()(())
n
k j j j n n
j i k i k j j j i n
n
i
k i
i k
j j i j x x l x C x x l x C x x l x =-==-==-=-=-∑∑∑∑∑
0i n ≤≤又 由上题结论可知
()n
k i
j j
j x l x x ==∑
()()0
n
i k i i
k i k C x x x x -=∴=-=-=∑原式
∴得证。
5设[]2
(),f x C a b ∈且()()0,f a f b ==求证:
21
max ()()max ().8
a x
b a x b f x b a f x ≤≤≤≤''≤- 解:令01,x a x b ==,以此为插值节点,则线性插值多项式为
10
101010
()()
()x x x x L x f x f x x x x x --=+--
=()
()
x b x a
f a f b a b x a
--=+--
1()()0
()0
f a f b L x ==∴=又
插值余项为1011
()()()()()()2
R x f x L x f x x x x x ''=-=
-- 011
()()()()2
f x f x x x x x ''∴=
-- []012
012102()()
1()()21()41
()4
x x x x x x x x x x b a --??≤-+-????
=-=-又
∴21
max ()()max ().8
a x
b a x b f x b a f x ≤≤≤≤''≤- 6.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?
解:若插值节点为1,i i x x -和1i x +,则分段二次插值多项式的插值余项为
2111
()()()()()3!i i i R x f x x x x x x ξ-+'''=
--- 211441
()()()()max ()6i i i x R x x x x x x x f
x -+-≤≤
'''∴≤---
设步长为h ,即11,i i i i x x h x x h -+=-=+
4343
21().627R x e h ∴≤=
若截断误差不超过610-,则
6243
6()10100.0065.R x h h --≤≤∴≤ 7.若44
2,.n n n n y y y δ=?求及,
解:根据向前差分算子和中心差分算子的定义进行求解。
2n n y =
44(1)n n y E y ?=-
4
404
4044044(1)4(1)4(1)2(21)2j j n
j j n j
j j j
n
j n
n n
E y j y j y j y y -=+-=-=??
=- ?????
=- ?????=-? ???=-==∑∑∑ 114
4
2
2()n n y E E y δ-=-
14
422
422
()(1)2n
n
n n E E y E y y ----=-=?==
8.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1()0m f x +?=(l 为正整数)。
解:函数()f x 的Taylor 展式为
2()(1)11
11()()()()()()2
!(1)!
m m m m f x h f x f x h f x h f x h f h m m ξ++'''+=++
++
++ 其中(,)x x h ξ∈+ 又
()f x 是次数为m 的多项式
(1)()0
()()()
m f f x f x h f x ξ+∴=∴?=+-
2()
1
1()()()2
!
m m f x h f x h f x h m '''=+
++
()f x ∴?为1m -阶多项式
2()(())f x f x ?=?? 2()f x ∴?为2m -阶多项式
依此过程递推,得()k
f x ?是m k -次多项式
()m f x ∴?是常数 ∴当l 为正整数时,
1()0m f x +?=
9.证明1()k k k k k k f g f g g f +?=?+? 证明
11()k k k k k k f g f g f g ++?=-
111111111()()k k k k k k k k
k k k k k k k k k k k k k k
f g f g f g f g g f f f g g g f f g f g g f +++++++++=-+-=-+-=?+?=?+?
∴得证
10.证明
1
1
0010
n n k k
n n k k k k f g
f g f g g f --+==?=--?∑∑
证明:由上题结论可知
1()k k k k k k f g f g g f +?=?-?
1
01
101
1
10
(())()n k k
k n k k k k k n n k k k k
k k f g f g g f f g g f -=-+=--+==∴?=?-?=?-?∑∑∑∑
111
0110022111100
()()
()()()
k k k k k k n k k k n n n n n n f g f g f g f g f g f g f g f g f g f g f g f g ++-=--?=-∴?=-+-++-=-∑
1
1
0010
n n k k n n k k k k f g f g f g g f --+==∴?=--?∑∑
得证。 11.证明
1
2
00
n j n j y y y -=?
=?-?∑
证明
1
1
2
10
()n n j j j j j y y y --+==?
=?-?∑∑
102110
()()()
n n n y y y y y y y y -=?-?+?-?++?-?=?-?
得证。
12.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:
11
00,02;(),1
k n
j
j j k n x f x n k n -=≤≤-?=?'=-?∑
证明:
()f x 有个不同实根12,,
,n x x x
且1011()n n n n f x a a x a x a x --=++++
12()()()
()n n f x a x x x x x x ∴=--- 令12()()()()n n x x x x x x x ω=---
则
1
1()()k k n
n j j j j j n n
j x x f x a x ω===''∑
∑
而2313()()()()()()()n
n n x x x x x x x x x x x x x ω'=---+---
121()()
()n x x x x x x -+
+--- 1211()()()()()
()n
j j j j j j j j n x x x x x x x x x x x ω-+'∴=-----
令(),k
g x x =
[]121,,
,()k n
j
n j n j
x g x x x x ω=='∑
则[]121,,
,()k n
j
n j n
j x g x x x x ω=='∑
又[]121
1,,,()k n
j
n j j n
x g x x x f x a =∴
='∑
11
00,02;(),1
k n
j
j j k n x f x n k n -=≤≤-?∴=?'=-?∑
∴得证。
13.证明n 阶均差有下列性质: (1)若()()F x cf x =,则[][]0101,,
,,,,;n n F x x x cf x x x =
(2)若()()()F x f x g x =+,则[][][]010101,,,,,,,,,.n n n F x x x f x x x g x x x =+
证明: (1)
[]120011()
,,
,()
()()
()
j n
n j j j j j j j n f x f x x x x x x x x x x x =-+=----∑
[]120011()
,,
,()
()()()
j n
n j j j j j j j n F x F x x x x x x x x x x x =-+=----∑
011()
()()()()
j n
j j
j j j j j n cf x x
x x x x x x x =-+=
----∑
011()
(
)()()()
()
j n j j
j j j j j n f x c x
x x x x x x x =-+=----∑
[]01,,,n cf x x x =
∴得证。
(2)()()()F x f x g x =+
[]00011()
,
,()
()()()
j n
n j j j j j j j n F x F x x x x x x x x x x =-+∴=----∑
0011()()()()()()
j j n
j j
j j j j j n f x g x x
x x x x x x x =-++=
----∑
0011()
)()()()()
j n
j j j j j j j n f x x
x x x x x x x =-+=
----∑
+
011()
)()()()
()
j n j j
j j j j j n g x x
x x x x x x x =-+----∑
[][]00,,,,n n f x x g x x =+
∴得证。
14.7
4
()31,f x x x x =+++求01
72,2,,2F ???
?及0182,2,,2F ???
?。
解:
74()31f x x x x =+++
若2,0,1,
,8i
i x i ==
则[]()01(),,
,!n n f f x x x n ξ=
[](7)017()7!,,,17!7!f f x x x ξ∴===
[](8)018()
,,
,08!
f f x x x ξ==
15.证明两点三次埃尔米特插值余项是
(4)22
311()()()()/4!,(,)k k k k R x f x x x x x x ξξ++=--∈
解:
若1[,]k k x x x +∈,且插值多项式满足条件
33
()(),()()k k k k H x f x H x f x ''== 3113
11()(),()()k k k k H x f x H x f x ++++''== 插值余项为3()()()R x f x H x =- 由插值条件可知1()()0k k R x R x +== 且1()()0k k R x R x +''==
()R x ∴可写成221()()()()k k R x g x x x x x +=--
其中()g x 是关于x 的待定函数,
现把x 看成1[,]k k x x +上的一个固定点,作函数
2231()()()()()()k k t f t H t g x t x t x ?+=----
根据余项性质,有
1()0,()0k k x x ??+==
22
313()()()()()()()()()0
k k x f x H x g x x x x x f x H x R x ?+=----=--=
223
11()()()()[2()()2()()]k k k k t f t H t g x t x t x t x t x ?++'''=----+-- ()0k x ?'∴=
1()0k x ?+'=
由罗尔定理可知,存在(,)k x x ξ∈和1(,)k x x ξ+∈,使
12()0,()0?ξ?ξ''==
即()x ?'在1[,]k k x x +上有四个互异零点。
根据罗尔定理,()t ?''在()t ?'的两个零点间至少有一个零点, 故()t ?''在1(,)k k x x +内至少有三个互异零点, 依此类推,(4)
()t ?
在1(,)k k x x +内至少有一个零点。
记为1(,)k k x x ξ+∈使
(4)(4)(4)3()()()4!()0f H g x ?ξξξ=--=
又
(4)3()0H t =
(4)1()
(),(,)4!
k k f g x x x ξξ+∴=∈
其中ξ依赖于x
(4)221()
()()()4!
k k f R x x x x x ξ+∴=--
分段三次埃尔米特插值时,若节点为(0,1,
,)k x k n =,设步长为h ,即
0,0,1,,k x x kh k n =+=在小区间1[,]k k x x +上
(4)22
1(4)
22
1()
()()()4!1()()()()4!
k k k k f R x x x x x R x f x x x x ξξ++=--∴=--
22(4)122(4)14
(4)44(4)1
()()max ()
4!
1[()]max ()
4!2
11max ()
4!2
max ()384k k a x b k k a x b a x b a x b
x x x x f x x x x x f x h f x h f x +≤≤+≤≤≤≤≤≤≤
---+-≤=?=
16.求一个次数不高于
4
次的多项式
P (x ),使它满足
(0)(0)0,(1)(1)0,(2)0P P P P P ''=====
解:利用埃米尔特插值可得到次数不高于4的多项式
0101010,10,10,1
x x y y m m ====== 1
1
30
2
01001012
()()()
()(12
)()(12)(1)j j j j j j H x y x m x x x x x x x x x x x x αβα===+--=---=+-∑∑
2
10110102
()(12)()(32)x x x x x x x x x x x α--=---=-
202
1()(1)()(1)x x x x x x
ββ=-=-
22323()(32)(1)2H x x x x x x x ∴=-+-=-+
设22
301()()()()P x H x A x x x x =+--
其中,A 为待定常数
3222
(2)1
()2(1)
P P x x x Ax x =∴=-++-
14
A ∴=
从而2
21()(3)4
P x x x =
- 17.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 值,并估计误差。 解:
若0105,5x x =-= 则步长1,h =
0,0,1,
,10i x x ih i =+=
2
1
()1f x x
=
+ 在小区间1[,]i i x x +上,分段线性插值函数为
1111()()()i i
h i i i i i i
x x x x I x f x f x x x x x ++++--=
+--
122
111
()
()11i i
i i x x x x x x ++=-+-++ 各节点间中点处的()h I x 与()f x 的值为 当 4.5x =±时,()0.0471,()0.0486h f x I x == 当 3.5x =±时,()0.0755,()0.0794h f x I x == 当 2.5x =±时,()0.1379,()0.1500h f x I x == 当 1.5x =±时,()0.3077,()0.3500h f x I x == 当0.5x =±时,()0.8000,()0.7500h f x I x == 误差
12
55max ()()max ()8i i h x x x x h f x I x f ξ+≤≤-≤≤''-≤ 又
2
1
()1f x x =
+ 22
2233
24
2(),
(1)62
()(1)2424()(1)x
f x x x f x x x x f x x -'∴=+-''=
+-'''=
+
数值分析课后题答案
数值分析 第二章 2.当1,1,2x =-时,()0,3,4f x =-,求()f x 的二次插值多项式。 解: 0120121200102021101201220211,1,2, ()0,()3,()4;()()1 ()(1)(2)()()2()()1 ()(1)(2) ()()6 ()()1 ()(1)(1) ()()3 x x x f x f x f x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x ==-===-=--==-+-----==------= =-+-- 则二次拉格朗日插值多项式为 2 20 ()()k k k L x y l x ==∑ 0223()4() 14 (1)(2)(1)(1)23 537623 l x l x x x x x x x =-+=---+ -+= +- 6.设,0,1,,j x j n =L 为互异节点,求证: (1) 0()n k k j j j x l x x =≡∑ (0,1,,);k n =L (2)0 ()()0n k j j j x x l x =-≡∑ (0,1,,);k n =L 证明 (1) 令()k f x x = 若插值节点为,0,1,,j x j n =L ,则函数()f x 的n 次插值多项式为0 ()()n k n j j j L x x l x == ∑。 插值余项为(1)1() ()()()()(1)! n n n n f R x f x L x x n ξω++=-= + 又,k n ≤Q
(1)()0 ()0 n n f R x ξ+∴=∴= 0()n k k j j j x l x x =∴=∑ (0,1,,);k n =L 0 000 (2)()() (())()()(()) n k j j j n n j i k i k j j j i n n i k i i k j j i j x x l x C x x l x C x x l x =-==-==-=-=-∑∑∑∑∑ 0i n ≤≤Q 又 由上题结论可知 ()n k i j j j x l x x ==∑ ()()0 n i k i i k i k C x x x x -=∴=-=-=∑原式 ∴得证。 7设[]2 (),f x C a b ∈且()()0,f a f b ==求证: 21 max ()()max ().8 a x b a x b f x b a f x ≤≤≤≤''≤- 解:令01,x a x b ==,以此为插值节点,则线性插值多项式为 10 101010 ()() ()x x x x L x f x f x x x x x --=+-- =() () x b x a f a f b a b x a --=+-- 1()()0()0 f a f b L x ==∴=Q 又 插值余项为1011 ()()()()()()2 R x f x L x f x x x x x ''=-= -- 011 ()()()()2 f x f x x x x x ''∴= --
数值分析第三版课本习题及答案
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n x 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**** 1 234,,,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 -=…) 计算到100Y . (五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=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 2 11N dx 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 2 12S gt = 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 {}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10 y 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?
数值分析第五版全答案chap1
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 x e 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()n f 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 =,*5 7 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:
*4 1*3 2*13*3 4*1 51 ()102 1()102 1()102 1()102 1()102x x x x x εεεεε-----=?=?=?=?=? ***124***1244333 (1)() ()()() 111101010222 1.0510x x x x x x εεεε----++=++=?+?+?=? ***123*********123231132143 (2)() ()()() 1111.10210.031100.031385.610 1.1021385.610222 0.215 x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=???+???+???≈ **24****24422 *4 33 5 (3)(/)()() 110.0311056.430102256.43056.430 10x x x x x x x εεε---+≈??+??=?= 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 2 3 '4343 p R V R R C V R ππ=== (*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈= 又(*)1r V ε=
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 x e 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()n f 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:
*4 1*3 2*13*3 4*1 51 ()102 1()102 1()102 1()102 1()102x x x x x εεεεε-----=?=?=?=?=? ***124***1244333 (1)() ()()() 111101010222 1.0510x x x x x x εεεε----++=++=?+?+?=? ***123*********123231132143 (2)() ()()() 1111.10210.031100.031385.610 1.1021385.610222 0.215 x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=???+???+???≈ **24****24422 *4 33 5 (3)(/)()() 110.0311056.430102256.43056.430 10x x x x x x x εεε---+≈??+??=?= 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 23'4343 p R V R R C V R ππ=== (*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈= 又(*)1r V ε=%1
第五章习题解答_数值分析
第五章习题解答 1、给出数据点:0134 19156 i i x y =?? =? (1)用012,,x x x 构造二次Lagrange 插值多项式2()L x ,并计算15.x =的近似值215(.)L 。 (2)用123,,x x x 构造二次Newton 插值多项式2()N x ,并计算15.x =的近似值215(.)N 。 (3)用事后误差估计方法估计215(.)L 、215(.)N 的误差。 解: (1)利用012013,,x x x ===,0121915,,y y y ===作Lagrange 插值函数 2 20 2 1303011915 01031013303152933 ()()()()()() ()()()()()()()() i i i x x x x x x L x l x y x x =------== ?+?+?-------++= ∑ 代入可得2151175(.).L =。 (2)利用 134,,x x x ===,9156,,y y y ===构造如下差商表: 229314134196()()()()()N x x x x x x =+-+---=-+- 代入可得215135(.).N =。 (3)用事后误差估计的方法可得误差为 ()()()02222 03-x 150 x x x -=117513506563-04.()()()(..).x f L R L x N x x x --≈= -≈- ()()()3222203-154 x x -=1175135-1.0938-04 .()()()(..)x x f N R x L x N x x x --≈=-≈- 2、设Lagrange 插值基函数是 0012()(,,,,)n j i j i j j i x x l x i n x x =≠-==-∏ 试证明:①对x ?,有 1()n i i l x ==∑ ②00110001211()()(,,,)()()n k i i i n n k l x k n x x x k n =?=?==??-=+? ∑ 其中01,,,n x x x 为互异的插值节点。 证明: ①由Lagrange 插值多项式的误差表达式10 1()()()()()!n n i i f R x x x n ξ+==-+∏知,对于函数1()f x =进行
数值分析第四版习题及答案
第四版 数值分析习题 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n x 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 -=…) 计算到100Y .(五位有效数字),试问计算100Y 将有多大误差? 7. 求方程2 5610x x -+=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 2 11N dx 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±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?
最新数值分析课程第五版课后习题答案(李庆扬等)1
第一章 绪论(12) 1、设0>x ,x 的相对误差为δ,求x ln 的误差。 [解]设0*>x 为x 的近似值,则有相对误差为δε=)(*x r ,绝对误差为**)(x x δε=,从而x ln 的误差为δδεε=='=* ****1)()(ln )(ln x x x x x , 相对误差为* * ** ln ln ) (ln )(ln x x x x r δ εε= = 。 2、设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差。 [解]设*x 为x 的近似值,则有相对误差为%2)(*=x r ε,绝对误差为**%2)(x x =ε,从而n x 的误差为n n x x n x n x x n x x x ** 1 *** %2%2) ()()()(ln * ?=='=-=εε, 相对误差为%2) () (ln )(ln *** n x x x n r == εε。 3、下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差不超过最后一位的半个单位,试指出它们是几位有效数字: 1021.1*1=x ,031.0*2=x ,6.385*3=x ,430.56*4=x ,0.17*5 ?=x 。 [解]1021.1*1 =x 有5位有效数字;0031.0* 2=x 有2位有效数字;6.385*3=x 有4位有效数字;430.56* 4 =x 有5位有效数字;0.17*5?=x 有2位有效数字。 4、利用公式(3.3)求下列各近似值的误差限,其中* 4*3*2*1,,,x x x x 均为第3题所给 的数。 (1)* 4*2*1x x x ++; [解]3 334* 4*2*11** *4*2*1*1005.1102 1 10211021)()()()()(----=?=?+?+?=++=? ??? ????=++∑x x x x x f x x x e n k k k εεεε; (2)* 3*2 *1x x x ;
数值分析第五版全答案
第四章 数值积分与数值微分 1.确定下列求积公式中的特定参数,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: 101210121 12120 (1)()()(0)(); (2)()()(0)(); (3)()[(1)2()3()]/3; (4)()[(0)()]/2[(0)()]; h h h h h f x dx A f h A f A f h f x dx A f h A f A f h f x dx f f x f x f x dx h f f h ah f f h -----≈-++≈-++≈-++''≈++-?? ?? 解: 求解求积公式的代数精度时,应根据代数精度的定义,即求积公式对于次数不超过m 的多项式均能准确地成立,但对于m+1次多项式就不准确成立,进行验证性求解。 (1)若101(1) ()()(0)()h h f x dx A f h A f A f h --≈-++? 令()1f x =,则 1012h A A A -=++ 令()f x x =,则 110A h A h -=-+ 令2 ()f x x =,则 3 221123 h h A h A -=+ 从而解得 01 1431313A h A h A h -?=?? ?=?? ?=?? 令3 ()f x x =,则 3()0h h h h f x dx x dx --==? ? 101()(0)()0A f h A f A f h --++= 故 101()()(0)()h h f x dx A f h A f A f h --=-++? 成立。 令4 ()f x x =,则
数值分析第五版答案
第一章 绪论 p19 2.设x 的相对误差为2%,求n x 的相对误差。 解:设()n f 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∴≈ 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343 V R π= 则何种函数的条件数为 2 3'4343 p 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 (*)10.333 r R ε= ?≈ 7.求方程2 5610x x -+=的两个根,使它至少具有427.982 =)。 解:2 5610x x -+= , 故方程的根应为1,228x =故 128 2827.98255.982x = ≈+= 1x ∴具有5位有效数字 211 280.0178632827.98255.982 x =-= ≈ =≈+ 2x 具有5位有效数字
9.正方形的边长大约为了100cm ,应怎样测量才能使其面积误差不超过2 1cm ? 解:正方形的面积函数为2 ()A x x = p7 当*100x =时,若(*)1A ε≤, 则21 (*)102 x ε-≤ ? 故测量中边长误差限不超过0.005cm 时,才能使其面积误差不超过2 1cm 第二章 插值法p48 1.当1,1,2 x =-时,()0,3,4f x =-, 分别用单项式基底、拉格朗日基底、牛顿基底求() f x 的二次插值多项式。 解: 0120121200102021101201220211,1,2, ()0,()3,()4;()()1 ()(1)(2)()()2()()1 ()(1)(2) ()()6 ()()1 ()(1)(1) ()()3 x x x f x f x f x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x l x x x x x x x ==-===-=--==-+-----==------= =-+-- 则二次拉格朗日插值多项式为 2 20 ()()k k k L x y l x ==∑ 0223()4() 14 (1)(2)(1)(1)23537623 l x l x x x x x x x =-+=---+-+=+- 2.给出()ln f x x =的数值表 用线性插值及二次插值计算的近似值。 解:由表格知,
数值分析第五版答案
第一章 绪论 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: *4 1* 3 2* 13* 3 4* 1 51 ()1021()1021()1021()1021()102 x x x x x εεεεε-----=?=?=?=?=? *** 124***1244333 (1)()()()() 1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=?+?+?=? *** 123*********123231132143 (2)() ()()() 111 1.10210.031100.031385.610 1.1021385.610222 0.215 x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=???+???+???≈
** 24**** 24422 * 4 33 5 (3)(/) ()() 11 0.0311056.430102256.43056.430 10x x x x x x x εεε---+≈ ??+??= ?= 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34 3 V R π= 则何种函数的条件数为 2 3'4343 p 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 (*)10.333 r 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 ∴=-
数值分析第四版习题和答案解析
第四版 数值分析习题 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.
《数值分析》第五章答案
习题5 1.导出如下3个求积公式,并给出截断误差的表达式。 (1) 左矩形公式:?-≈b a a b a f dx x f ))(()( (2) 右矩形公式:))(()(a b b f dx x f b a -≈? (3) 中矩形公式:?-+≈b a a b b a f dx x f ))(2 ( )( 解:(1) )()(a f x f ≈, )()()()(a b a f dx a f dx x f b a b a -=≈?? (2) )()(b f x f ≈,??-=≈b a b a a b a f dx b f dx x f ))(()()( )()(2 1)()()()(2 ηηξf a b dx b x f dx b x f b a b a '--=-'=-'=??,),(,b a ∈ηξ (3) 法1 )2 ( )(b a f x f +≈ , 法2 可以验证所给公式具有1次代数精度。作一次多项式 )(x H 满足 )2()2( b a f b a H +=+,)2 ()2(b a f b a H +'=+',则有 2 )2 )((!21)()(b a x f x H x f +-''= -ξ, ),(b a ∈ξ 于是 2.考察下列求积公式具有几次代数精度: (1) ?'+ ≈1 )1(2 1 )0()(f f dx x f ; (2) )3 1()31()(1 1f f dx x f +- ≈?-。 解: (1)当1)(=x f 时,左=1,右=1+0=1,左=右; 当x x f =)(时,左21= ,右=2 1 210=+,左=右; 当2 )(x x f =时,左=3 1 ,右=1,左≠右,代数精度为1。
数值分析作业答案(第5章)
5.1.设A 是对称矩阵且011≠a ,经过一步高斯消去法后,A 约化为 ?? ????21 110 A a a T 证明2A 是对称矩阵。 证明 由消元公式及A 的对称性,有 ,,,3,2,,)2(111 11111 )2(n j i a a a a a a a a a a ji i j ji j i ij ij ==-=- = 故2A 对称。 5.2.设n ij a A )(=是对称正定矩阵,经过高斯消去法一步后,A 约化为 ?? ????21 110 A a a T 其中1)2(2)(-=n ij a A 。证明: (1).A 的对角元素;,,2,1,0n i a ii => (2).2A 是对称正定矩阵。 证明 (1).因为A 对称正定,所以 n i e Ae a i i ii ,,2,1,0),( =>=, 其中T i e )0,,0,1,0,,0( =为第i 个单位向量。 (2).由A 的对称性及消元公式,有 ,,,3,2,,)2(111 11111 )2(n j i a a a a a a a a a a ji i j ji j i ij ij ==-=- = 故2A 也对称。 又由A L A a a T 121110=????? ?,其中
??? ?????- =? ????? ? ?????????--=-111 1 11111 21101 1011n n I a a a a a a L , 可见1L 非奇异,因而对任意0≠x ,由A 的正定性,有 ,0),(),(,011111>=≠x AL x L x AL L x x L T T T T 故T AL L 11正定。 由,000110211 111121111 1?? ? ?? ?=????????-??????=-A a I a a A a a AL L n T T T 而011>a ,故知2A 正定
数值分析第五版复习资料
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 x e x x δ-= = = 而ln x 的误差为()1 ln *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()n f x x =,则函数的条件数为'() | |() p xf x C f x = 又1 '()n f x nx -=Q , 1 ||n p x nx C n n -?∴== 又((*))(*)r p r x n C x εε≈?Q 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:
*4 1* 3 2* 13* 3 4* 1 51()1021()1021()1021()1021()102 x x x x x εεεεε-----=?=?=?=?=? *** 124***1244333 (1)()()()() 1111010102221.0510x x x x x x εεεε----++=++=?+?+?=? *** 123*********123231132143 (2)() ()()() 111 1.10210.031100.031385.610 1.1021385.610222 0.215 x x x x x x x x x x x x εεεε---=++=???+???+???≈ ** 24**** 24422 *4 33 5 (3)(/) ()() 11 0.0311056.430102256.43056.430 10x x x x x x x εεε---+≈ ??+??= ?= 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343 V R π= 则何种函数的条件数为 2 3'4343 p R V R R C V R ππ===g g (*)(*)3(*)r p r r V C R R εεε∴≈=g 又(*)1r V ε=Q %1
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
数值分析习题
第一章 绪论 习题主要考察点:有效数字的计算、计算方法的比较选择、误差和误差限的计算。 1 若误差限为5 105.0-?,那么近似数0.003400有几位有效数字?(有效数字的计算) 2 14159.3=π具有4位有效数字的近似值是多少?(有效数字的计算) 3 已知2031.1=a ,978.0=b 是经过四舍五入后得到的近似值,问b a +,b a ?有几位有效数字?(有效数字的计算) 4 设0>x ,x 的相对误差为δ,求x ln 的误差和相对误差?(误差的计算) 5测得某圆柱体高度h 的值为cm h 20*=,底面半径r 的值为cm r 5* =,已知 cm h h 2.0||*≤-,cm r r 1.0||*≤-,求圆柱体体积h r v 2 π=的绝对误差限与相对误差 限。(误差限的计算) 6 设x 的相对误差为%a ,求n x y =的相对误差。(函数误差的计算) 7计算球的体积,为了使体积的相对误差限为%1,问度量半径r 时允许的相对误差限为多大?(函数误差的计算) 8 设? -=1 1dx e x e I x n n ,求证: (1))2,1,0(11 =-=-n nI I n n (2)利用(1)中的公式正向递推计算时误差逐步增大;反向递推计算时误差逐步减小。(计算方法的比较选择)
第二章 插值法 习题主要考察点:拉格朗日插值法的构造,均差的计算,牛顿插值和埃尔米特插值构造,插值余项的计算和应用。 1 已知1)2(,1)1(,2)1(===-f f f ,求)(x f 的拉氏插值多项式。(拉格朗日插值) 2 已知9,4,10=== x x x y ,用线性插值求7的近似值。(拉格朗日线性插值) 3 若),...1,0(n j x j =为互异节点,且有 ) ())(())(()())(())(()(11101110n j j j j j j j n j j j x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x l ----------= +-+- 试证明 ),...1,0()(0 n k x x l x n j k j k j =≡∑=。 (拉格朗日插值基函数的性质) 4 已知352274.036.0sin ,333487.034.0sin ,314567.032.0sin ===,用抛物线插值计 算3367.0sin 的值并估计截断误差。(拉格朗日二次插值) 5 用余弦函数x cos 在00=x ,4 1π =x ,2 2π = x 三个节点处的值,写出二次拉格朗日插值 多项式, 并近似计算6 cos π 及其绝对误差与相对误差,且与误差余项估计值比较。(拉格朗 日二次插值) 6 已知函数值212)6(,82)4(,46)3(,10)1(,6)0(=====f f f f f ,求函数的四阶均差 ]6,4,3,1,0[f 和二阶均差]3,1,4[f 。(均差的计算) 7 设)())(()(10n x x x x x x x f ---= 求][1,0p x x x f 之值,其中1+≤n p ,而节点 )1,1,0(+=n i x i 互异。(均差的计算) 8 如下函数值表 建立不超过三次的牛顿插值多项式。(牛顿插值多项式的构造) 9求一个次数小于等于三次多项式)(x p ,满足如下插值条件:2)1(=p ,4)2(=p , 3)2(='p ,12)3(=p 。(插值多项式的构造)
数值分析第五章答案
数值分析第五章答案 【篇一:数值分析第五版计算实习题】 第二章 2-1 程序: clear;clc; x1=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.0]; y1=[0.98 0.92 0.81 0.64 0.38]; n=length(y1); c=y1(:); or j=2:n %求差商 for i=n:-1:j c(i)=(c(i)-c(i-1))/(x1(i)-x1(i-j+1)); end end syms x df d; df(1)=1;d(1)=y1(1); for i=2:n %求牛顿差值多项式 df(i)=df(i-1)*(x-x1(i-1)); d(i)=c(i)*df(i); end disp(4次牛顿插值多项式); p4=vpa(collect((sum(d))),5) %p4即为4次牛顿插值多项式,并保留小数点后5位数 pp=csape(x1,y1, variational);%调用三次样条函数 q=pp.coefs; disp(三次样条函数); for i=1:4 s=q(i,:)*[(x-x1(i))^3;(x-x1(i))^2;(x-x1(i));1]; s=vpa(collect(s),5) end x2=0.2:0.08:1.08; dot=[1 2 11 12]; figure ezplot(p4,[0.2,1.08]); hold on y2=fnval(pp,x2); x=x2(dot);
y3=eval(p4); y4=fnval(pp,x2(dot)); plot(x2,y2,r,x2(dot),y3,b*,x2(dot),y4,co); title(4次牛顿插值及三次样条); 结果如下: 4次牛顿插值多项式 p4 = - 0.52083*x^4 + 0.83333*x^3 - 1.1042*x^2 + 0.19167*x + 0.98 三次样条函数 x∈[0.2,0.4]时, s = - 1.3393*x^3 + 0.80357*x^2 - 0.40714*x + 1.04 x∈[0.4,0.6]时,s = 0.44643*x^3 - 1.3393*x^2 + 0.45*x + 0.92571 x∈[0.6,0.8]时,s = - 1.6964*x^3 + 2.5179*x^2 - 1.8643*x + 1.3886 x∈[0.8,1.0]时,s =2.5893*x^3 - 7.7679*x^2 + 6.3643*x - 0.80571 输出图如下 2-3(1) 程序: clear; clc; x1=[0 1 4 9 16 25 36 49 64]; y1=[0 1 2 3 4 5 6 7 8];%插值点 n=length(y1); a=ones(n,2); a(:,2)=-x1; c=1; for i=1:n c=conv(c,a(i,:)); end q=zeros(n,n); r=zeros(n,n+1); for i=1:n [q(i,:),r(i,:)]=deconv(c,a(i,:));%wn+1/(x-xk) end dw=zeros(1,n); for i=1:n dw(i)=y1(i)/polyval(q(i,:),x1(i));%系数 end p=dw*q; syms x l8; for i=1:n