Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ГОСЫ Методы вычислений 18 стр Январь 2012

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
379.35 Кб
Скачать

4. Интерполяционный многочлен Лагранжа. Погрешность многочлена (без вывода).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

! # ! $

f ( x) n + 1 ! :

x0 , x1, K, xn

!

 

 

 

 

 

 

f ( x) – #

! #

 

f0 , f1, K, fn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

f ( xi ) = fi , i = 0, n – ! #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

x1

 

 

xn

 

: & ## f ( x)

# n

!,

!

! # # ! # !

 

 

 

 

 

 

f ( x) = Ln (x) : Ln (xi ) = fi ,

i = 0, n (( & # n).

! #

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L ( x) = a

+ a x + a

x2 + L+ a

xn

(1) – n-$ #. %- &

n

0

1

2

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

# #:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

n

 

 

 

 

 

 

y0 = Ln ( x0 ) = a0 + a1x0 + a2 x0

+ L + an x0

 

 

 

 

 

 

y = L ( x ) = a

 

+ a x + a

 

x2 + L + a xn

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

n

1

 

0

1 1

 

 

2 1

n 1

(2)

 

 

 

 

 

LLLLLLLLLLLLLLLLL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

n

 

 

 

 

 

 

yn = Ln ( xn ) = a0

+ a1xn + a2 xn

+ L + an xn

 

4 - $ # # – *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

2

 

L xn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

x

x

2

 

L xn

= (xi x j ) ≠ 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L L L L L

 

0j <i n

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

x

x

2

 

L xn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n

 

n

 

 

 

 

 

, # x j !. 0, # # (2) "

# ( %). ! # ' # # #

(1). .# # & - ai # ' (

" - $ # # ! & " n ( , n = 20).

# , " ( # #.

11

# :

 

 

n

 

 

Ln ( x) = fi li ( x)

(3) ,

 

 

i =0

 

li ( x) – n- $ # $,

 

 

 

0, #i j

(4)

li

( x j

) =

 

 

 

1, #i = j

(5)

* ! li ( x) & ( ! .

! # (4) #,

li ( x) = A( x x0 )K( x xi −1 )( x xi +1 )K( x xn )

6 ! # (5)

1

A =

( xi x0 )K( xi xi −1 )( xi xi +1 )K( xi xn )

n

x

x j

4 #( li (x) =

x

x

 

j =0

j

i

 

ji

, :

 

 

 

 

 

 

 

n

n

x

x j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fi

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=0

j=0

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ji

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! % ( )

f(x) = Ln(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) = Ln(x) + Rn(x), Rn(x) – " #

 

 

 

 

 

Rn

( x) = f ( x) − Ln

( x) =

f ( n +1) (c)

ωn ( x),

 

Rn ( x)

 

M n +1

 

 

ωn ( x)

 

, ωn ( x) = ( x x0 )K( x xn )

 

 

 

 

 

(n + 1)!

 

 

(n + 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

5. Решение нелинейных алгебраических уравнений методом хорд и методом Ньютона. Геометрическая интерпретация методов. Оценка погрешности.

.

# ! f ( x) . , # $ #

f ( x) = 0 . % – - #, # , # ' #

& # ξ : f (ξ ) ≡ 0 . ε – # " !, ! # ( ε << 1)

! # # !.

1)## #, # & $. . $ !,

( (! ! $);

2). - !, # ' # #$ , $

& ! # $ # (.

.

% ' # $# , ! # # !$ f ( x) . # # # ! ! !, & - ! # ' #, "$ , . & #

y = f ( x) # $ # # # ( # ##. # #

& ! $. # !

- p( x) = t( x) , y = p( x) y = t ( x) (

# & . 6 # ## # - #

. & ! $ ( ! .

1. * + ( #) y = f(x)

a ξ x3 x2 x1 b=x0

x0 – &

4 (x0, f(x0)).

- $ # (. #$ x0: y = f′(x0)· (x x0) + f(x0).

. ! - # #$ # # ( # ## – (x1, 0):

x1 = x0

f ( x0 )

 

.

 

 

f ′( x0 )

4 (x1, f(x1)). - $ # (. . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

 

f ( xn )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< ε .

!"#:

x

n+1

n

, # #:

 

f (x

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ′( xn )

 

 

 

 

 

 

 

n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 # # # . ( .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

f ( xn )

 

 

 

 

f ′( x)

 

m [a, b] (!

 

f (x ) − f (ξ )

 

=

 

f ′(Θ)

 

 

 

x

 

4 " #

 

x

n

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

).

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. % ! * +.

$ ! ( # , & " (

# (, # ' (, ( #$, $ ". y = f(x)

a ξ x3 x2 x1 b=x0

:

xn +1

= xn

f ( xn )

f ′( x0 )

 

 

 

 

* - & # &$ ! ! (, # # &,

.

3.#

* . ( # # ! ( , # . & ! # ( $, ! $ &.

y = f(x)

x2

x3 x4

 

a=x1

ξ

b=x0

4 (x0, f(x0)) (x1, f(x1))

! - . $, '$ ! x0 x1:

x x1

=

y f ( x1 )

, f(x0f′′(x0) > 0 – # $ .

 

f ( x0 ) − f ( x1)

x0 x1

 

. ! - # # # ( # ## – (x2, 0):

 

= x1

f ( x1 ) ( x0

x1 )

x2

 

 

.

 

 

 

 

 

f ( x0 ) − f ( x1 )

4 (x2, f(x2)). # (x0, f(x0)) (x2, f(x2)). . .

:

x

= x

f ( xn ) ( xn x0 )

 

, # #:

 

f (x

)

 

< ε .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n+1

 

 

n

 

 

f ( xn ) − f ( x0 )

 

 

n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 # # # # # # #$ ##.

 

 

 

 

 

4 " #

 

x

n

ξ

 

f ( xn )

 

,

 

f ′( x)

 

m [a, b] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. % ! #.

# ! # '$, # # # ,

& . 0 # # # - ", , ",

. (.

y = f(x)

x2

x4 x5

x3

a=x1

ξ

b=x0

:

xn+1 = xn

f ( xn ) ( xn xn −1 )

 

f ( xn ) − f ( xn−1)

 

 

 

 

 

, !, ## :

1)% #$ & ( . ();

2)& $ ! &.

# # # # 1-4. #:

1)

/ f ( x) & [a, b] ;

2)

. ! [a, b] # ' # #$ f ( x) = 0 ( f (a) f (b) < 0) ;

3)

! f ′( x), f ′′( x) # ( ! [a, b] ' ( # 0;

4)

. & x0

# f ( x0 ) f ′′( x0 ) > 0 .

, ! # #

( f ( x) = 0 .

15

6. Метод простой итерации решения систем линейных алгебраических уравнений. Условия сходимости метода.

* .

! ## # . # # -# x = ( x1 , K, xn )T . . x – - #, (' # ('

#:

1. x0, x = 0 x = 0 ;

2.αx = α x ;

3. x + y x + y .

, ## #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

1.

 

x

 

 

 

 

 

1 =

 

x1

 

+ L +

 

xn

 

=

 

xi

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

= x12

+ L + xn2

=

 

xi2

;

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.x = max xi .

i =1, n

* !.

# # # x = ( x1 , K, xn )T x , # #$ # $ $

# #

A = (aij )m x n ! (

 

A

 

= sup

 

 

Ax

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

(# #

# $ ).

 

 

 

 

 

. A – - #, (' # (' #: 1. A0, A = 0 A = 0 ;

2.αA = α A ;

3. A + B A + B ;

4. Ax A x ;

5. A B A B ;

0 # # # # # #

m

1.A = max aij – # ! # $ #;

1 1j n i =1

2. A 2 = max λ (AT A) , λ – # # # ATA;

n

3. A= max1i m aij – # ! # $ #.

j =1

16

.

# # n $ # $ # n ! #:

 

 

 

a x

+ a x

+ K + a x

= b

 

 

 

11 1

12 2

1n n

1

 

 

 

a

x

+ a

x

+ K + a

 

x

= b

 

 

 

 

21 1

 

22 2

 

2n n

2

 

 

 

LLLLLLLLLLLL

 

 

 

a

x

+ a

x

+ K + a

 

x

= b

 

 

 

 

n1 1

 

n 2 2

 

nn n

n

 

≠ 0 . ) " # # #

# # # # # ", #

A

ξ = (ξ , K, ξ

n

)T , # # #, # ' # & #.

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 # $ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ax = b (1) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = (aij )n x n

– -

 

 

 

 

b= (b1 , K, bn )T – # #

x = ( x1 , K, xn )T – # ! #

, # & " # # ! # " # $

# (.

! (,-.

. & # # (1) # # #

x = Bx + c (2)

B = (b )

n x n

, c = (c , K, c )T ,

x = ( x , K, x )T

,

ij

1

n

1

n

 

(1) → (2) & # ! # #, :

Ax = b

x= x + F ( Ax b)

x= x + FAx Fb

x= (E + FA) x Fb

14243 {

 

 

 

B

c

 

 

 

 

 

 

 

 

F – !

& .

 

 

 

 

 

& ' !

 

 

. & " x = Bx + c . * ( & x(0) = (x(0)

,K, x(0) )T

. .

 

 

 

 

1

n

 

# (' & x(1) = Bx( 0) + c, x( 2) = Bx(1) + c, K.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

x( n +1) = Bx( n) + c

.

 

 

 

0 # ! # x( 0) . # B " , (

& x( 0) #$# ξ.

17

' # !.

# B < 1 ( & x( 0) #$ " # #

$ # $ # # " ( # #.

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = Bx + c,

 

B

 

< 1 – # # (2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ = (ξ , K, ξ

n

)T

– " , # ξ + c

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x( n +1) = Bx( n) + c

 

 

 

 

 

 

 

 

. & !: x( 0) : lim x( n ) = ξ, (x( n ) → ξ), #

 

 

 

x( n) − ξ

 

→ 0

 

 

 

 

 

 

 

 

n →∞

n →∞

 

 

 

 

 

n→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$% ": ) ## ! #

x( n) ξ = (Bx( n −1) + c) − (+ c) = B( x( n −1) ξ ) B x( n −1) ξ =

= B(Bx( n − 2) + c) − (+ c) = B B( x( n − 2) ξ ) B 2 x( n − 2) ξ =

= L ≤ B n x( 0) ξ → 0, ( B < 1)

n →∞

& & " # #$ .

x( n) ξ = (Bx( n −1) + c) − (+ c) = Bx( n −1) = Bx( n −1) + Bx( n) Bx( n)

Bx( n −1) Bx( n) + Bx( n) B x( n) x( n −1) + B x( n ) ξ

) ! " - # #

x( n)

ξ

 

,

B

< 1

 

x( n) ξ

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x( n) x( n −1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 −

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. # - $ # ' # # ! ## # "

# # ( ε:

x( n +1) x( n ) 1 − B ε

B

18