Файл: М.А. Тынкевич Лабораторный практикум по курсу Численные методы анализа.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.06.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 1
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа 4 . Решение нелинейных уравнений |
|
||||||||||||
|
|
Задание 3. Выполните решение системы уравнений методом |
|
||||||||||||||||||||||
|
Ньютона с точностью 0.0001 . |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
Наряду с “ручным” решением представьте решения, получаемые |
|
||||||||||||||||||||||
|
стандартными средствами MatLab. |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Варианты заданий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
1 |
|
3x4+4x3-12x2-5=0 |
ln(x)+(x+1)3=0 |
sin(x+1)-y=1.2 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2x+cos(x)=2 |
|
|
2 |
|
2x |
3 |
-9x |
2 |
-60x+1=0 |
|
x |
tg(xy+0.4)= x2 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x 2 =1 |
0.6 x2 +2 y2=1 |
|
||||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x4-x-1=0 |
x+cos(x)=1 |
cos(x-1)+y=0.5 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x-cos(x)=3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
2x4 - x2-10=0 |
x+lg(1+x)=1.5 |
sin(x)+2y=2 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos(y-1)+x=0.7 |
|
|
5 |
|
3x4+8x3+6x2-10=0 |
lg(2+x)+2x=3 |
cos(x-1)+y=1 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin(y)+2x=1.6 |
|
|
6 |
|
x4 -18x2+5x-8=0 |
2x+5x-3=0 |
sin(x+1)-y=1 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2x+cоs(y)=2 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
x |
|
sin(x-y)-xy=0 |
|
||||
|
7 |
|
x |
|
|
+4x -12x +1=0 |
5 +3x =0 |
x2- y2=0.75 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
x |
|
sin(x+y)-1.5xy=0 |
|
|
8 |
|
x |
|
|
- x -2x |
|
+3x-3=0 |
3e =5x+2 |
x2+ y2=1 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
x |
|
sin(x-y)- xy+1=0 |
|
||||
|
9 |
|
3x |
|
|
+4x -12x +1=0 |
5 =6x+3 |
x2- y2=0.75 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
x |
|
y=1/(x3/2+1) |
|
|||
|
10 |
|
3x -8x |
|
|
-18x +2=0 |
2e +5x-6=0 |
x2+ y2=9 |
|
||||||||||||||||
|
11 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
2arctg(x)-x+3=0 |
x2+ y2=9 |
|
|||||
|
|
2x -8x |
|
|
|
+8x -1=0 |
y=1+ e-x |
|
|||||||||||||||||
|
12 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
2 |
(x-3) |
cos(x)=1 |
x2+ y2=5 |
|
||||
|
|
2x +8x +8x -1=0 |
y=1-2 e-xy |
|
|||||||||||||||||||||
|
13 |
|
|
|
|
|
4 |
-4x |
3 |
-8x |
2 |
+1=0 |
x |
|
x2+ y2=5 |
|
|||||||||
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
x = 20-9x |
y= e-xy |
|
|||||||||||||
|
14 |
|
2x4-9x3-60x2+1=0 |
x lg(x)=1 |
sin(x-0.6)-y=1.6 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3x-cos(y)=0.9 |
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
5 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
x=x-1 |
x2+ y2=6 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+x -5=0 |
tg |
y= e-x |
|
|||||||||||||
|
16 |
|
3x |
4 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
x |
-x |
x3+ y3=6 |
|
||||||
|
|
|
|
+4x -12x -7=0 |
5 =1+e |
y= e-x |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа 4 . Решение нелинейных уравнений |
11 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
17 |
3x |
4 |
|
|
|
|
3 |
2 |
5 |
x |
x |
x4+ y4=5 |
|
|
||
|
|
+8x +6x -11=0 |
|
=3-e |
y= e-x |
|
|
||||||||||
|
18 |
|
|
x4 -18x3-10=0 |
arctg(x2+1/x)=x |
x2+ y2=1 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin(x+y)=1.2x |
|
|
|
19 |
3x4-8x3-18x2+2=0 |
tg(0.55x+0.1)=x2 |
x2+ y2=1 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin(x+y)=0.2+x |
|
|
|
20 |
|
x4 -18x -10=0 |
5x-6x =7 |
x+cos(y-1)=0.8 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y- cos(x)=2 |
|
|
|
21 |
x |
4 |
+18x -10=0 |
|
x |
|
x2+ y2=1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
5 -6x =3 |
x3+ y3=2 |
|
|
||||||||||
|
22 |
x4 +18x3-6x2+x- |
x |
|
-2x |
x2+ y2=1 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
10=0 |
5 |
|
=1+e |
x - y3=0.5 |
|
|
|||
|
|
x5 +12x3-6x2+x- |
|
x |
-6x =2 |
x3+ y3=8 |
|
|
|||||||||
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|
10=0 |
7 |
y=x3/2 |
|
|
||||
|
24 |
3x |
5 |
-8x |
3 |
|
2 |
x |
|
-2x |
x3+ y3=8 |
|
|
||||
|
|
|
|
-18x +2=0 |
5 |
|
=2+e |
y=1+x3/2 |
|
|
|||||||
|
25 |
|
x |
3 |
-18x -10=0 |
|
|
x |
x3+ y3=8 |
|
|
||||||
|
|
|
x 2 =3 |
y=1-x3/2 |
|
|
|||||||||||
Лабораторная работа 5
Аппроксимация функций
Задание 1. Выберите таблицу 11 значений функции f(x), начиная с узла, равного номеру вашего варианта. Постройте таблицы конечных разностей. Выполните экстраполяцию на два узла от начала и от конца таблицы.
Задание 2. Для выбранной таблицы постройте интерполяционный многочлен Лагранжа и с его помощью найдите значения функции в узлах, соответствующих полушагу таблицы.
Задание 3. Для выбранной таблицы возьмите значение х в окрестности центрального узла таблицы и найдите значение f(x) с помощью формул Ньютона интерполирования вперед и назад. Найдите оценку f′(x) и f″(x) с погрешностью, не превышаюшей O(h2).
Задание 4. Для выбранной таблицы выполните квадратичную сплайн-интерполяцию (по 6 узлам). Проконтролируйте полученные оценки для промежуточных узлов.
Задание 5. Считая выбранную таблицу заданной для диапазона от 0 до 2π, выполните среднеквадратическую аппроксимацию тригоно-
12 |
Лабораторная работа 5 . Аппроксимация функций |
метрическим многочленом (отрезком ряда Фурье) третьей степени.
Задание 6. Для выбранной таблицы выполните аппроксимации алгебраическими многочленами различной степени и оцените их качество по отношению остаточного и исходного среднеквадратичного отклонений.
Варианты заданий
x |
y(x) |
x |
y(x) |
x |
y(x) |
x |
y(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
0 |
4,0 |
0,000196 |
7,0 |
0,00018 |
10,0 |
0,000108 |
1,1 |
0,324097 |
4,1 |
-5,19505 |
7,1 |
0,856485 |
10,1 |
-1,02845 |
1,2 |
0,643881 |
4,2 |
-10,3689 |
7,2 |
1,640842 |
10,2 |
-1,96638 |
1,3 |
0,922415 |
4,3 |
-14,959 |
7,3 |
2,27459 |
10,3 |
-2,72032 |
1,4 |
1,1253 |
4,4 |
-18,4126 |
7,4 |
2,692863 |
10,4 |
-3,21408 |
1,5 |
1,224745 |
4,5 |
-20,25 |
7,5 |
2,851227 |
10,5 |
-3,3964 |
1,6 |
1,20301 |
4,6 |
-20,1243 |
7,6 |
2,730379 |
10,6 |
-3,24618 |
1,7 |
1,054847 |
4,7 |
-17,8711 |
7,7 |
2,338403 |
10,7 |
-2,77495 |
1,8 |
0,788625 |
4,8 |
-13,5425 |
7,8 |
1,710348 |
10,8 |
-2,02598 |
1,9 |
0,425989 |
4,9 |
-7,41942 |
7,9 |
0,905108 |
10,9 |
-1,07035 |
2,0 |
4,62 10-5 |
5,0 |
0 |
8,0 |
-9,6 10-5 |
11,0 |
-0,00023 |
2,1 |
-0,44776 |
5,1 |
8,037451 |
8,1 |
-0,91714 |
11,1 |
1,080087 |
2,2 |
-0,87178 |
5,2 |
15,89357 |
8,2 |
-1,75557 |
11,2 |
2,064282 |
2,3 |
-1,2269 |
5,3 |
22,72513 |
8,3 |
-2,43156 |
11,3 |
2,854531 |
2,4 |
-1,47335 |
5,4 |
27,73269 |
8,4 |
-2,8763 |
11,4 |
3,37121 |
2,5 |
-1,58114 |
5,5 |
30,25 |
8,5 |
-3,04297 |
11,5 |
3,560925 |
2,6 |
-1,53356 |
5,6 |
29,82532 |
8,6 |
-2,91168 |
11,6 |
3,402017 |
2,7 |
-1,3294 |
5,7 |
26,2854 |
8,7 |
-2,49175 |
11,7 |
2,90698 |
2,8 |
-0,98363 |
5,8 |
19,77381 |
8,8 |
-1,82115 |
11,8 |
2,121544 |
2,9 |
-0,52634 |
5,9 |
10,75785 |
8,9 |
-0,96308 |
11,9 |
1,120452 |
3,0 |
-0,00011 |
6,0 |
0,001176 |
9,0 |
-10-13 |
12,0 |
0,000357 |
3,1 |
0,543966 |
6,1 |
-11,4973 |
9,1 |
0,97427 |
12,1 |
-1,12952 |
3,2 |
1,051358 |
6,2 |
-22,5932 |
9,2 |
1,863736 |
12,2 |
-2,15806 |
3,3 |
1,469572 |
6,3 |
-32,1089 |
9,3 |
2,579679 |
12,3 |
-2,98314 |
3,4 |
1,753617 |
6,4 |
-38,9547 |
9,4 |
3,049516 |
12,4 |
-3,52184 |
3,5 |
1,870829 |
6,5 |
-42,25 |
9,5 |
3,224158 |
12,5 |
-3,71872 |
3,6 |
1,804553 |
6,6 |
-41,4287 |
9,6 |
3,083118 |
12,6 |
-3,55153 |
3,7 |
1,556275 |
6,7 |
-36,3182 |
9,7 |
2,636854 |
12,7 |
-3,03371 |
3,8 |
1,145949 |
6,8 |
-27,1814 |
9,8 |
1,926069 |
12,8 |
-2,21331 |
3,9 |
0,610438 |
6,9 |
-14,7151 |
9,9 |
1,01801 |
12,9 |
-1,16858 |
|
|
Лабораторная работа 5 . Аппроксимация функций |
13 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
y(x) |
x |
y(x) |
x |
y(x) |
x |
y(x) |
|
|
13,0 |
-0,00055 |
17,0 |
-0,00128 |
21,0 |
-0,00133 |
25,0 |
-0,00055 |
|
|
13,1 |
0,447264 |
17,1 |
0,761981 |
21,1 |
0,643412 |
25,1 |
0,328549 |
|
|
13,2 |
0,871348 |
17,2 |
1,462508 |
21,2 |
1,250753 |
25,2 |
0,627288 |
|
|
13,3 |
1,226577 |
17,3 |
2,029831 |
21,3 |
1,757043 |
25,3 |
0,866148 |
|
|
13,4 |
1,473176 |
17,4 |
2,405585 |
21,4 |
2,106558 |
25,4 |
1,021332 |
|
|
13,5 |
1,581139 |
17,5 |
2,549509 |
21,5 |
2,257585 |
25,5 |
1,077122 |
|
|
13,6 |
1,533737 |
17,6 |
2,443738 |
21,6 |
2,187247 |
25,6 |
1,027476 |
|
|
13,7 |
1,329751 |
17,7 |
2,094918 |
21,7 |
1,894532 |
25,7 |
0,876673 |
|
|
13,8 |
0,984119 |
17,8 |
1,533913 |
21,8 |
1,401147 |
25,8 |
0,638952 |
|
|
13,9 |
0,526919 |
17,9 |
0,8131 |
21,9 |
0,750042 |
25,9 |
0,337172 |
|
|
14,0 |
0,000735 |
18,0 |
0 |
22,0 |
0,001688 |
26,0 |
-0,00055 |
|
|
14,1 |
-0,54336 |
18,1 |
-0,06906 |
22,1 |
-0,77156 |
26,1 |
0,328549 |
|
|
14,2 |
-1,05084 |
18,2 |
-0,20633 |
22,2 |
-1,49251 |
26,2 |
0,627288 |
|
|
14,3 |
-1,46919 |
18,3 |
-0,36975 |
22,3 |
-2,08686 |
26,3 |
0,866148 |
|
|
14,4 |
-1,75341 |
18,4 |
-0,52416 |
22,4 |
-2,49087 |
26,4 |
1,021332 |
|
|
14,5 |
-1,87083 |
18,5 |
-0,63728 |
22,5 |
-2,6582 |
26,5 |
1,077122 |
|
|
14,6 |
-1,80476 |
18,6 |
-0,68247 |
22,6 |
-2,56506 |
26,6 |
1,027476 |
|
|
14,7 |
-1,55668 |
18,7 |
-0,64188 |
22,7 |
-2,21332 |
26,7 |
0,876673 |
|
|
14,8 |
-1,14651 |
18,8 |
-0,50883 |
22,8 |
-1,63099 |
26,8 |
0,638952 |
|
|
14,9 |
-0,61111 |
18,9 |
-0,28908 |
22,9 |
-0,87009 |
26,9 |
0,337172 |
|
|
15,0 |
-0,00091 |
19,0 |
-0,00059 |
23,0 |
-0,00046 |
27,0 |
0,000606 |
|
|
15,1 |
0,624825 |
19,1 |
0,328168 |
23,1 |
0,309544 |
27,1 |
-0,33789 |
|
|
15,2 |
1,203832 |
19,2 |
0,661197 |
23,2 |
0,591083 |
27,2 |
-0,64508 |
|
|
15,3 |
1,677044 |
19,3 |
0,95903 |
23,3 |
0,816324 |
27,3 |
-0,89064 |
|
|
15,4 |
1,994648 |
19,4 |
1,183327 |
23,4 |
0,962789 |
27,4 |
-1,05011 |
|
|
15,5 |
2,12132 |
19,5 |
1,301545 |
23,5 |
1,015605 |
27,5 |
-1,10737 |
|
|
15,6 |
2,040105 |
19,6 |
1,29113 |
23,6 |
0, 969005 |
27,6 |
-1,05623 |
|
|
15,7 |
1,754519 |
19,7 |
1,142726 |
23,7 |
0,826959 |
27,7 |
-0,90112 |
|
|
15,8 |
1,288629 |
19,8 |
0,86201 |
23,8 |
0,602835 |
27,8 |
-0,65672 |
|
|
15,9 |
0,685062 |
19,9 |
0,46989 |
23,9 |
0,318152 |
27,9 |
-0,34653 |
|
|
16,0 |
0,001095 |
20,0 |
0,000974 |
24,0 |
0,000505 |
28,0 |
-0,00066 |
|
|
16,1 |
-0,6968 |
20,1 |
-0,49956 |
24,1 |
-0,3191 |
28,1 |
0,347125 |
|
|
16,2 |
-1,33944 |
20,2 |
-0,98043 |
24,2 |
-0,60929 |
28,2 |
0,662688 |
|
|
16,3 |
-1,86182 |
20,3 |
-1,38957 |
24,3 |
-0,84138 |
28,3 |
0,914876 |
|
|
16,4 |
-2,20969 |
20,4 |
-1,67979 |
24,4 |
-0,99223 |
28,4 |
1,078594 |
|
|
16,5 |
-2,34521 |
20,5 |
-1,8141 |
24,5 |
-1,04654 |
28,5 |
1,137301 |
|
|
16,6 |
-2,25098 |
20,6 |
-1,77023 |
24,6 |
-0,99841 |
28,6 |
1,084682 |
|
|
16,7 |
-1,93222 |
20,7 |
-1,54364 |
24,7 |
-0,85196 |
28,7 |
0,925319 |
|
|
16,8 |
-1,41658 |
20,8 |
-1,14883 |
24,8 |
-0,62099 |
28,8 |
0,674301 |
|
|
16,9 |
-0,7518 |
20,9 |
-0,6186 |
24,9 |
-0,32771 |
28,9 |
0,355793 |
|
14 |
Лабораторная работа 6 . Численное интегрирование |
Лабораторная работа 6
Численное интегрирование
Задание 1. Выберите интегралы в соответствии с вашим вариантом..
Задание 2. Для первого из выбранных интегралов найдите оценки: - по формулам прямоугольников (с центральным узлом)
b |
|
N |
|
2i−1 |
|
|
|
|
|
|
b−a |
|
|
|||||
∫ f ( x )dx h∑ f ( a + |
h ), |
|
h = |
, |
|
|||||||||||||
2 |
N |
|||||||||||||||||
a |
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
- трапеций |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
f ( a ) + f ( b ) |
+ N∑−1 f ( a +ih ), |
|
h =bN−a , |
||||||||||||||
∫ f ( x )dx h[ |
|
|||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|||||||||||||||
a |
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
- Симпсона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b−a |
|
||
∫ f ( x)dx h[ f (a)+ f (b)+N∑−1f (a +ih), |
h = |
, |
||||||||||||||||
N |
||||||||||||||||||
a |
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
- Гаусса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
b−a |
N |
|
|
a+b |
|
b−a |
|
|
|
|
|
|
||||
∫ f ( x )dx |
∑Ci f ( |
+ |
ti ) |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
a |
|
2 i=1 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
(например, при N=5 - C1 = C5 = 0.23693, C2 = C4 = 0.47863, C3 = 0.56889, -t1 = t5 = 0.90618, -t2 =t4 = 0.5384693, t3 = 0) при фикси-
рованном числе разбиений интервала N (например, N=5). Попытайтесь найти точное его значение по формуле Ньютона-
Лейбница
b |
′ |
|
∫ |
||
f ( x )dx = F( b ) − F( a ), F (x) = f(x) . |
||
a |
|
Задание 3. Для второго из выбранных интегралов найдите оценку с заданным числом верных знаков (не менее 6) по формулам Симпсона и Гаусса в системе двойного пересчета, оцените соответствующие
объемы |
вычислительной работы и объясните причины обнаружен- |
|
ных явлений. |
|
|
Задание 4. . Для второго из выбранных |
интегралов найдите |
|
оценку |
с заданным числом верных знаков |
(не менее 6) по 8- |
точечной формуле Ньютона-Котеса в среде MatLab с помощью функции quad8.