- •Математика, ч.2 Численные методы, теория функций комплексного переменного, дискретная математика
- •1. Информация о дисциплине
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы3
- •1.2.1. Содержание дисциплины по гос4
- •1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.3. Перечень видов практических занятий и контроля:
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (объем дисциплины 150 часов)
- •(2 Часа)
- •(8 Часов)
- •Дифференциальных уравнений (8 часов)
- •(8 Часов)
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.1. Тематический план дисциплины для студентов очной формы обучения
- •2.2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.3. Тематический план дисциплины
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины
- •2.4. Временной график изучения дисциплины при использовании информационно-коммуникационных технологий
- •2.5. Практический блок
- •2.5.1. Практические занятия
- •2.5.1.1. Практические занятия (очная форма обучения)
- •2.5.1.2. Практические занятия (очно-заочная форма обучения)
- •2.5.1.3. Практические занятия (заочная форма обучения)
- •2.5.2. Лабораторный практикум
- •2.5.2.1. Лабораторные работы (очная форма обучения)
- •2.5.2.2. Лабораторные работы (очно-заочная форма обучения)
- •2.5.2.3. Лабораторные работы (заочная форма обучения)
- •2.6. Балльно-рейтинговая система оценки знаний
- •Базисные рейтинг - баллы равны 100, в том числе:
- •Информационные ресурсы дисциплины
- •Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект лекций по дисциплине
- •Раздел 1. Численные методы
- •1.1. Обработка результатов измерений и погрешности вычислений
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.1
- •1.2. Интерполяция и численное дифференцирование
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.2
- •1.3. Численное интегрирование
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.3
- •1.4. Приближение функций
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.4
- •1.5. Многомерные задачи
- •1.6. Численные методы алгебры
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.6
- •1.7. Решение систем нелинейных уравнений и задач оптимизации
- •1.8. Численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений
- •Вопросы для самопроверки по теме 1.8
- •Раздел 2. Теория функций комплексного переменного
- •2.1. Комплексные числа и действия над ними
- •Вопросы для самопроверки по теме 2.1
- •2.2. Функции комплексного переменного (фкп). Условия Коши-Римана
- •Вопросы для самопроверки по теме 2.2
- •2.3. Элементарные функции и конформные отображения
- •2.4. Представление регулярных функций интегралами
- •2.5. Представление регулярных функций рядами
- •2.6. Вычеты функций и их применение
- •Раздел 3. Дискретная математика
- •3.1. Элементы теории графов
- •3.2. Формальные языки и дискретные автоматы
- •О твет: 101001 110100. Табл.(**)
- •3.3. Элементы алгебры логики
- •Вопросы для самопроверки по теме 3.3
- •3.3. Учебное пособие
- •3.4. Глоссарий (краткий словарь терминов)
- •Методические указания к выполнению лабораторных работ
- •Первая интерполяционная формула Ньютона для равноотстоящих узлов интерполяции
- •2.1. Отделение корней Графический метод отделения корней
- •Решение.
- •Аналитический метод отделения корней
- •Другие методы отделения корней
- •Метод касательных (Ньютона)
- •3. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа 3 Уточнение корней уравнения средствами Excel. Решение системы уравнений в Excel.
- •1. Цель работы
- •2. Основные сведения
- •Решение.
- •Решение.
- •2.1. Метод прямоугольников
- •2.2. Метод трапеций
- •2.3. Метод парабол (Симпсона)
- •3. Порядок выполнения работы
- •3.6. Методические указания к проведению практических занятий
- •Задание 1
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •Задание 2
- •1. Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Задание 3
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Типы формул интегрирования
- •Метод прямоугольников
- •Метод трапеций
- •2.6. Метод Симпсона
- •Задание 4
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Задание 5
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Задание 6
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Задание 7
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Вычет в полюсе порядка m вычисляется по формуле
- •По теореме Коши о вычетах интеграл будет равен
- •Задание 8
- •Задание 9
- •Раздел 4. Блок контроля освоения дисциплины
- •Общие указания
- •Блок тестов текущего контроля.
- •3. Блок итогового контроля.
- •Задания на контрольные работы и методические указания к их выполнению
- •4.3. Текущий контроль Тренировочные тесты Тест №1 (по разделу 1)
- •1. Вычислите и определите погрешность результата , где . Воспользуйтесь расчетными формулами для абсолютной и относительной погрешностей приближённого числа: , , , , , , , .
- •Тест № 2 (по разделу 2)
- •Тест № 3 (по разделу 3)
- •Изобразить в виде графа структуру заданного языка и построить совокупность слов, порождаемых грамматикой данного языка: Алфавит . Правила грамматики: .
- •Правильные ответы на тренировочные тесты
- •4.4. Итоговый контроль
- •4.4.1. Вопросы для подготовки к экзамену
- •Содержание
- •1.1. Предисловие ……………………………………………………… 3
- •Раздел 1. Численные методы ………………………………… 18
- •Раздел 2. Теория функций комплексного
- •Раздел 3. Дискретная математика …………………………….. 59
- •Раздел 4. Блок контроля освоения дисциплины ………… 139
1.4. Приближение функций
Из всех вопросов темы 1.4. Приближение функций изучается лишь метод наименьших квадратов. Вопросы этой темы не содержатся в контрольной работе, поэтому здесь приводятся только основные теоретические положения.
Метод наименьших квадратов
Пусть известно, что величины и связаны некоей функциональной зависимостью. Требуется приближенно определить эту функциональную зависимость по экспериментальным данными. Предположим, что в результате измерений получен ряд экспериментальных точек . Мы уже знаем, что через точек всегда можно провести кривую, аналитически выражаемую многочленом - ой степени. Этот многочлен называют интерполяционным. Вообще, замену функции на функцию так, что их значения совпадают в заданных точках
, , (1)
называют интерполяцией.
Однако такое решение проблемы не всегда является удовлетворительным, поскольку из-за случайных ошибок измерения и, возможно, случайной природы самих величин x и y. Т.о., можно записать, что
(2)
где – некоторая случайная ошибка. Поэтому требуется провести кривую так, чтобы она в наименьшей степени зависела от случайных ошибок. Эта задача называется сглаживанием (аппроксимацией) экспериментальной зависимости и часто решается методом наименьших квадратов. Сглаживающую кривую называют аппроксимирующей.
Задача аппроксимации решается следующим образом. В декартовой прямоугольной системе координат наносят точки . По виду расположения этих точек делается предположение о принадлежности искомой функции к определенному классу. Например, линейная , квадратичная и т.п. В общем случае . Неизвестные параметры функции определяются из требования минимума суммы квадратов случайных ошибок, т.е. минимума величины
. (3)
Величина называется также суммарной невязкой. Необходимым условием минимума функции нескольких переменных является обращение в нуль частных производных невязки:
, . (4)
Решая систему уравнений (4), находят неизвестные параметры и тем самым полностью определяют функцию, которая наилучшим образом (в смысле наименьших квадратов отклонений от исходных точек или наименьшей суммарной невязки) аппроксимирует искомую функцию .
Рассмотрим подробнее линейную зависимость .
Дифференцируя (3), получим следующую систему уравнений
(5)
Из первого уравнения находим , где
, . (6)
Подставляя выражение для во второе уравнение, найдем
, (7)
где
, . (8)
Таким образом,
(9)
есть искомая линейная функция.
Ввиду простоты расчетов аппроксимация линейной зависимости используется довольно часто. Кроме того, многие функции, зависящие от двух параметров, можно линеаризовать путем замены переменных.
Для этого необходимо подобрать такое преобразование исходной зависимости , в результате которого она приобретает линейный вид . Далее решается задача линейной аппроксимации для новой зависимости и вычисленные коэффициенты и пересчитываются в коэффициенты и .
Для ряда часто встречающихся двухпараметрических зависимостей возможные замены переменных (а также, обратные замены для пересчета и в и ) приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Вид зависимости |
Замена переменных |
Ограничения |
Обратная замена переменных |
||
Гиперболическая
|
|
|
|
|
|
Логарифмическая
|
|
|
|
|
|
Показательная
|
|
|
|
|
|
Степенная
|
|
|
|
|
|
Комбинированная
|
|
|
|
|
|
Более полное изложение этой темы – в [7], c.164-200.