数值分析习题与解析

loading 分享 2026-11-6 下载文档

①采用等价无穷小代换的方法一般不可行。近似计算中,实际上影响计算的恰恰是无穷小量,虽然等价,但其差别可能恰恰是影响精度的因素。采用等价无穷小代换,可能只会得到精度水平比较低的结论。

例如

xx2sin22()21?cosx2?2?x ?xxx211cosxsinx?xcosx?cotx???xxsinxxsinxx?xcosx?(x?1,sinx?x)xsinx1?cosx ?sinx1?1?(x?1,cosx?1)sinx?0试与上例比较。

有时候这种方法可以使用,例如

??sinxsin?, 因为cos(x??)?cosxcos??0当??1时,cos??1,sin

cos(x??)?cosxcos??sinxsin??cosx?sinx??

在这个计算中,由于x是常数,x的函数值实际上放大了每一项的计算

结果,使得相近的数相减的问题不很突出。

而利用一阶的泰勒展开f(x??)?f(x)??f?(?)(x???x??),当??1时,就有f(x??)?f(x)??f?(x),因此

cos(x??)?cosx??sinx

和上面的结果一样。但显然,用泰勒展开的方法具有一般性并能得到精度更高的结果。

②采用洛必达法则也是不可以的。实际上,无论是等价无穷小还是洛必达法则都是极限方法,而近似计算是不能采用极限方法的。

③转化的结果要化简,比如化繁分式为简分式,但不能取极限。取极限就违背的了数值计算的本意。

所以, 11?x11?0????1?1?0 1?x1?x1?01?0

9

是错误的。

④极小的数做除数,实际上是

0型的不定型,要转化为非不定型。 010、用4位三角函数表,怎样算才能保证1?cos2?有较高的精度? 解:根据1?cos2??2sin21?,先查表求出sin1?再计算出要求的结果精度较高。

指出:

用度数就可以。不必化为弧度。

11、利用783?27.982求方程x2?56x?1?0的两个根,使它们至少具有4位有效数字。

解:

由方程的求根公式,本方程的根为

56?562?456?2282?1x1,2???28?783 22因为783?27.982,则

x1?28?783?28?27.982?55.982

如果直接根据求根公式计算第二个根,则因为两个相近的数相减会造成有效数字的减少,误差增大。因此

根据韦达定理x1x2?1,在求出x1?55.982后这样计算x2:

x2?11?=0.01786=0.1786?101 x155.982这样就保证了求出的根有四位有效数字。 12、试给出一种计算积分

1In?e近似值的稳定算法。

1?1nxx?edx(n?0,1,2,3,...), 0解:当n=0时,I0?e?1?x0exdx?e?1(e?1)?1?e?1。

011(?exdx?ex?e?1)。

00b对In运用分部积分法(?udv?uva??vdu)得

aabb 10

1In?e?1?xedx?e(xe01?1nx?1nx101n?1x?11?n?xedx)?e(e?0?n?xn?1exdx)

00?1?nen?1xx?edx?1?nIn?1 0由此得到带初值的递推关系式

?I0?1?e?1? ???In?1?nIn?1(n?1,2,3,...)由递推公式In=1-nIn-1 解得In?1?In的值作估计,有

11nx?111(1?In),这是逆向的递推公式,对nIn?e?1n?xedx?ee?xdx?001 n?1另有

11nx?1n?1xdx?e?0In?e?1?xedx?e01 n?1 (取e的指数为最小值0,将ex取作 e0 =1作为常数即可简化公式)。

11?In?则 e?1。 n?1n?1那么,我们可以取其上下限的平均值作为其近似值。即取

11In?(e?1?1)

2n?1可以看出,n越大,这个近似值越精确地接近于准确值。

(n越大,In的上限和下限就越接近,近似值区间的长度就越短,近似值和精确值就越接近)

111此时,en-1=In-1*-In-1=-(In*-In)= en,│e0│= │en│,计算是稳

nnn!定的。

实际上,如果我们要求I9,可以先求出I20,这样求出的I9的误差是比I20

的误差小得多的,而I20的误差本身也并不大。实际上,这样求出的I9比直接计算出来的精确得多。

补充题

1、给出数系F(10,4,-5,5)中的最大数、最小数和最小整数。 解:最大数:0.9999×105;

最小数:-0.9999×105; 最小正数:0.1000×10-5。

2、已知e?2.71828182845904523536028747?,求它在F(10,5,-5,5)

11

和F(10,8,-5,5)中的浮点数。

解:在F(10,5,-5,5)中,fl(e)?0.27183?101

在F(10,8,-5,5)中,fl(e)?0.27182818?101

3、已知数e的以下几个近似数,它们分别有几位有效数字?相对误差是多少?

x0?2.7182,x1?2.7183,x0?2.7182818。

分析:题目没有说明近似数是通过哪种途径取得的,也就没有明确每个近似数和准确数之间的误差关系。

所以,本题的解答应当从求近似数的误差开始。 解:因为

11e?x0?0.00008181??10?3??101?4,2211, e?x1?0.00002??10?4??101?5,2211e?x2?0.00000003??10?7??101?8.22所以,x0?2.7182,x1?2.7183,x0?2.7182818分别有4、5、8个有效数字。 其相对误差分别是

11?4?10e?x021er(x0)????10?3,x02.718241e?x1??10?4,41e?x2??10?74

(3?8)34、数与下述各式在实数的意义上是相等的, 3(3?8)(1)(17?68)3,(2)[(17?68)3]?1,(3)(3?8)6,(4)[(3?8)6]?1, (5)19601?69208,(6)(19601?69208)?1。

试说明在浮点数系F(10,4,?8,8)中,用那个公式计算出的结果误差最小。 分析:本题实际上是一个算法分析与设计问题,也就是说要应用算法设计的基本原则进行分析讨论。

12


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