計(jì)算方法引論課后答案doc

1、第一章 誤差1. 試舉例,說(shuō)明什么是模型誤差,什么是方法誤差.解: 例如,把地球近似看為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球體,利用公式計(jì)算其表面積,這個(gè)近似看為球體的過(guò)程產(chǎn)生的誤差即為模型誤差.在計(jì)算過(guò)程中,要用到,我們利用無(wú)窮乘積公式計(jì)算的值:其中我們?nèi)∏?項(xiàng)的乘積作為的近似值,得這個(gè)去掉的無(wú)窮乘積公式中第9項(xiàng)后的部分產(chǎn)生的誤差就是方法誤差,也成為截?cái)嗾`差.2. 按照四舍五入的原則,將下列各數(shù)舍成五位有效數(shù)字:816.956 7 6.000 015 17.322 50 1.235 651 93.182 13 0.015 236 23解: 816.96 6.000 0 17.323 1.235 7 93.182 0.

2、015 236 3. 下列各數(shù)是按照四舍五入原則得到的近似數(shù),它們各有幾位有效數(shù)字?81.897 0.008 13 6.320 05 0.180 0解: 五位 三位 六位 四位4. 若1/4用0.25表示,問(wèn)有多少位有效數(shù)字?解: 兩位5. 若,是經(jīng)過(guò)舍入后得到的近似值,問(wèn):各有幾位有效數(shù)字?解: 已知,又,所以有三位有效數(shù)字;因?yàn)?所以有三位有效數(shù)字.6. 設(shè),是經(jīng)過(guò)舍入后作為的近似值.求的計(jì)算值與真值的相對(duì)誤差限及與真值的相對(duì)誤差限.解: 已知,;.7. 正方形的邊長(zhǎng)約為100cm,應(yīng)該怎樣測(cè)量,才能使其面積的誤差不超過(guò)1cm2.解: 設(shè)正方形面積為S,邊長(zhǎng)為a,則S=a2.所以要使:,則

3、要求.所以邊長(zhǎng)的誤差不能超過(guò)cm.8. 用觀測(cè)恒星的方法求得某地維度為(讀到秒),試問(wèn):計(jì)算將有多大誤差?解: .9 . 真空中自由落體運(yùn)動(dòng)距離s與時(shí)間的關(guān)系由公式確定,g是重力加速度.現(xiàn)在假設(shè)g是準(zhǔn)確的,而對(duì)t的測(cè)量有的誤差,證明t增加時(shí),距離的絕對(duì)誤差增加而相對(duì)誤差卻減小.證明: 因?yàn)? 與t成正比, 與t成反比,所以當(dāng)固定的時(shí)候, t增加時(shí),距離的絕對(duì)誤差增加而相對(duì)誤差卻減小.10. 設(shè),的相對(duì)誤差為,求的絕對(duì)誤差.解: 已知,所以的絕對(duì)誤差.11. 設(shè)的相對(duì)誤差為,求的相對(duì)誤差.解: .12. 計(jì)算球的體積,為了使相對(duì)誤差限為1%,問(wèn)度量半徑R時(shí)允許的相對(duì)誤差限如何?解: 已知,設(shè),則

4、要使得,則.第二章 插值法與數(shù)值微分1. 設(shè),在三處的值是很容易求得的,試以這三個(gè)點(diǎn)建立的二次插值多項(xiàng)式,并用此多項(xiàng)式計(jì)算的近似值,且給出誤差估計(jì).用其中的任意兩點(diǎn),構(gòu)造線性插值函數(shù),用得到的三個(gè)線性插值函數(shù),計(jì)算的近似值,并分析其結(jié)果不同的原因.解: 已知,建立二次Lagrange插值函數(shù)可得:所以.誤差,所以 利用前兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立線性插值函數(shù)可得:所以.利用后兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立線性插值可得:所以.利用前后兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立線性插值可得:所以.與的真實(shí)值比較,二次插值比線性插值效果好,利用前兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的線性插值比其他兩個(gè)線性插值效果好.此說(shuō)明,二次插值比線性插值效果好,內(nèi)插比外插效果好.2. 利用(2.9)

5、式證明證明: 由(2.9)式當(dāng)時(shí),所以3. 若為互異節(jié)點(diǎn),且有證明證明: 由于且和都為k次多項(xiàng)式,而且在k+1個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)處的函數(shù)值都相同 , 所以馬上有.4. 設(shè)給出在上的數(shù)值表,用二次插值進(jìn)行計(jì)算,若希望截?cái)嗾`差小于,問(wèn)函數(shù)表的步長(zhǎng)最大能取多少?解: 記插值函數(shù)為p(x),則所以 ;令,設(shè),得又的最大值為,所以有所以 .5. 用拉格朗日插值和牛頓插值找經(jīng)過(guò)點(diǎn)的三次插值公式.解: Lagrange插值函數(shù):牛頓插值:首先計(jì)算差商也可以利用等距節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,首先計(jì)算差分可得前插公式和后插公式6. 確定一次數(shù)不高于4的多項(xiàng)式,使.解: 利用重節(jié)點(diǎn)計(jì)算差商則可構(gòu)造Hermite插值函數(shù)滿足題設(shè)條件:7

6、. 尋找過(guò)個(gè)點(diǎn)的次多項(xiàng)式,滿足條件:解: 和Lagrange插值函數(shù)的構(gòu)造類似,可將插值函數(shù)寫成其中,基函數(shù)滿足條件 (1); (2)則可由已知條件,可得;.所以可得8. 過(guò)0,1兩點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)三次Hermite插值多項(xiàng)式,滿足條件:解: 計(jì)算重節(jié)點(diǎn)的差商馬上可得9. 過(guò)給定數(shù)組75 76 77 78 79 802.768 2.833 2.903 2.979 3.062 3.153(1) 作一分段線性插值函數(shù).(2) 取第二類邊界條件,作三次樣條插值多項(xiàng)式.(3) 用兩種插值函數(shù)分別計(jì)算的函數(shù)值.解: (1)做分段線性插值函數(shù)可得:其中, (2)把已知節(jié)點(diǎn)值帶入M關(guān)系式可得:由邊界條件可得,所以

7、上面方程組變?yōu)榭汕蠼夥匠探M解得.所以可得在每個(gè)區(qū)間上的三次樣條函數(shù)的表達(dá)式:(3)當(dāng)時(shí), ;當(dāng)時(shí), ;10. 若給出的函數(shù)表:1.5671.5681.5691.5700.999 992 80.999 996 10.999 998 40.999 999 70.003 796 30.002 796 30.001 796 30.000 796 3263.411 25357.611 06556.690 981 255.765 59用表上的數(shù)據(jù)和任一插值公式求:(1) 用表格直接計(jì)算.(2) 用和來(lái)計(jì)算.并討論這兩個(gè)結(jié)果中誤差變化的原因.解: 利用Lagrange插值直接用tan表計(jì)算得;利用Lagrange插值計(jì)算sin得;利用Lagrange插值計(jì)算cos得;最后利用sin/cos計(jì)算tan得.出現(xiàn)小除數(shù),誤差被放大.11. 求三次樣條函數(shù),已知0.25 0.30 0.39 0.45 0.530.500 0 0.547 7 0.624 5 0.670 8 0.728 0和邊界條件解: 把表中數(shù)據(jù)帶入M關(guān)系式可得由邊界條件還可得到兩個(gè)方程:聯(lián)立兩個(gè)方程組可解得: 帶入M表達(dá)式便可得所求三次樣條函數(shù).12. 稱n階方陣具有嚴(yán)格對(duì)角優(yōu)勢(shì),若(1) 試證明:具有嚴(yán)格對(duì)角優(yōu)勢(shì)的方陣必可逆.(2) 證明:方程組(2.62)解存在唯一.證明: (1)設(shè)矩陣A