数值分析23道试题

11、 对于积分En?nx?1x?edx(n=0,1,2…)为何用递推公式En?1?nEn,计算不稳定,0应如何改进?(计算过程保留六位有效数字)

11n解:利用分部积分En?容易算出E1??x0ex?1dx?xenx?110?n?xn?1ex?1dx?1?nEn?1

01,取六位有效数字0.367879推出: eE2?0.264242 …… E9??0.0684800

?0?xnex?1?1 故E9?0绝对错误,现分析误差传播: E1?E1??

'E2?1?2E1?1?2(E1??)?1?2E1?2??E2?2? E3?1?3E2?1?3(E2?2?)?1?2E2?3?2??E3?2?3?

依此类推E9?E9?9!?,误差急剧放大。 改进算法:En?1?计算结果如下:

?''''''19!若任取E20?0为出发值,误差可变为原来的倍,(1?En),

n20!?E20?0

E19?0.05000 0… E9?0.0916123?E9

N?12、 对很大的正数N,如何构造算法,使

N?1N?1dx的计算过程稳定 21?x解:

N?1dx?arctan(N?1)?arctanN 1?x2tan(???)?tan??tan?tan??tan? ????arctan

1?tan?tan?1?tan?tan?x?y 1?xy令x?tan?,y?tan?,则arctanx?arctany?arctanN?1?

N?1111dx?arctan?arctan? 2221?N(N?1)1?xNN

xndx(n=0,1,2…)并说明两种方法的优劣 3、 构造两种递推公式计算In??x?50解:In?5In?11xn?5xn?11??dx??xn?1dx?,从而得出两种递推公式:

x?5n0011 算法1:In?1?5In?1,取I0?ln1.2,有误差?,到In误差放大了(?5)n倍,算n法不好

算法2:In?1?11(?In),任取I2n,即使有误差?,到In的时候,缩小到了原5n1n来的(?),算法很好

5

?11??x1??6??4??????4、 用平方根法解方程组??14.252.75??x2????0.5?

?12.753.5??x??1.25????3????11??4??4?1?16?0 解:A???14.252.75? ?1?4?0,?2??14.25?12.753.5????3?detA?16?0,故A对称正定 l11??a11?1222?a?a?,l21???21l?,l22?a22?l21,l31?31l

11??11??1l32?a?ll??323121l22,l33?a33?l?231?l322?

12?2???由Cholesky分解求得L???0.52?

?0.51.51???由Ly?b解得y??30.5?1?,再由LTx?y解得x??211?

TT

5、 为什么在用Gauss消去法解线性方程组时,选主元法稳定,试举例说明。

解:主元是Gauss消去法消元与回代过程中的分母,分母过小会放大误差,故应选绝对

值最大者为主元。现举例说明:

计算过程保留两位有效数字 解??0.0010x1?0.12x2??0.24

0.10x?0.24x?0.5912?~?0.0010增广矩阵为A,b???0.10???0.12?0.24?

0.240.59??回代x2?25?0.24?0.12?2.1?2.1,x1??12 120.10与准确解x1?1.07?,x2?2.00?相差很远 现改为选主元的方法:

?0.10?0.0010?回代x2?

0.59??

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