数值分析习题(含答案).doc

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数值分析习题(含答案)

第一章 绪论 姓名 学号 班级 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,那么近似数0.003400有几位有效数字?(有效数字的计算) 解:, 故具有3位有效数字。 2 具有4位有效数字的近似值是多少?(有效数字的计算) 解:,欲使其近似值具有4位有效数字,必需 ,,即 即取(3.14109 , 3.14209)之间的任意数,都具有4位有效数字。 3 已知,是经过四舍五入后得到的近似值,问,有几位有效数字?(有效数字的计算) 解:,,而, 故至少具有2位有效数字。 故至少具有2位有效数字。 4 设,的相对误差为,求的误差和相对误差?(误差的计算) 解:已知,则误差为 则相对误差为 5测得某圆柱体高度的值为,底面半径的值为,已知,,求圆柱体体积的绝对误差限与相对误差限。(误差限的计算) 解: 绝对误差限为 相对误差限为 6 设的相对误差为,求的相对误差。(函数误差的计算) 解:, 7计算球的体积,为了使体积的相对误差限为,问度量半径时允许的相对误差限为多大?(函数误差的计算) 解:球体积为 , 欲使,必须 。 8 设,求证: (1) (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) 解: 如果初始误差为,若是向前递推,有 可见,初始误差的绝对值被逐步地扩大了。 如果是向后递推,其误差为 可见,初始误差的绝对值被逐步减少了。 第二章 插值法 姓名 学号 班级 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,求的拉氏插值多项式。(拉格朗日插值) 解法一(待定系数法):设,由插值条件,有 解得:。 故 。 解法二(基函数法):由插值条件,有 2 已知,用线性插值求的近似值。(拉格朗日线性插值) 解:由插值节点与被插函数,可知,,,其线性插值函数为 的近似值为。 3 若为互异节点,且有 试证明。(拉格朗日插值基函数的性质) 解:考虑辅助函数,其中,,。 是次数不超过的多项式,在节点()处,有 这表明,有n+1个互异实根。 故,从而对于任意的均成立。 4 已知,用抛物线插值计算的值并估计截断误差。(拉格朗日二次插值) 解:由插值条件,其抛物线插值函数为 将代入,计算可得:。 其余项为: 其中, 故误差的上界为: 。 5 用余弦函数在,,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) 解:由插值条件,二次拉格朗日插值多项式为 绝对误差为: 相对误差为: 余项为: ,其中, 其余项的上界为: 比较可知,实际计算所得的绝对误差较余项公式所估计出的值要小一些。 6 已知函数值,求函数的四阶均差和二阶均差。(均差的计算) 解:采用列表法来计算各阶均差,有 x y 一阶均差 二阶均差 三阶均差 四阶均差 0 6 1 10 4 3 46 18 14/3 4 82 36 6 1/3 6 212 65 29/3 11/15 1/15 从表中可查得:。 x y 一阶均差 二阶均差 4 82 1 10 72/3 3 46 18 6 故。其实,根据均差的对称性,,该值在第一个表中就可以查到。 7 设求之值,其中,而节点互异。(均差的计算) 解:由均差可以表示成为函数值的线性组合,有 而 ,故。 8 如下函数值表 0 1 2 4 1 9 23 3 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) 解: 先构造均差表 x f(x) 一阶均差 二阶均差 三阶均差 0 1 1 9 8 2 23 14 3 4 3 -10 -8 -11/4 故 。 9求一个次数小于等于三次多项式,满足如下插值条件:,,,。(插值多项式的构造) 解法一(待定系数法):设,则 ,由插值条件,有 解得:。 故 解法二(带重节点的均差法):据插值条件,造差商表 x y 一阶差商 二阶差商 三阶差商 1 2 2 4 2 2 4 3 1 3 12 8 5 2 故 10 构造一个三次多项式,使它满足条件(埃尔米特插值)。 解:设, 利用插值条件,有 解得:。 11 设试求在上的三次插值多项式使,以升幂形式给出。写出余项的,,,, 设, 解得:,,,。 故 。 ,其中,。 12 若,试证明: (插值余项的应用) 解:以为插值条件,作线性插值多项式,有 其余项为 故 。 13

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