- •1.Понятие«вычислительная задача». Типы вычислительных задач и их постановка.
- •3. Условия корректности вычислительной задачи.
- •2. Метод Гаусса решения систем линейных алгебраических уравнений: класс метода, прямой и обратный ходы, оценка трудоемкости.
- •Трудоёмкость метода Гаусса
- •Условие сходимости метода простых итераций
- •Трудоёмкость метода простых итераций
- •Условие сходимости метода Зейделя
- •Наглядное представление метода Зейделя
- •7. Источники погрешностей вычислений.
- •8. Метод бисекции решения нелинейных уравнений: условие локализации корня, алгоритм решения, условие окончания, надежность и эффективность метода.
- •9. Погрешности представления (округления) чисел в эвм. Понятие «представимое множество эвм». Способы округления.
- •11. Понятия «абсолютная погрешность» и «относительная погрешность». Реальные оценки погрешностей.
- •Упрощенный метод Ньютона
- •13. Правила записи приближенных чисел, понятия «значащие цифры числа» и «верные значащие цифры числа».
- •15. Абсолютная и относительная погрешности сложения.
- •14. Метод Ньютона–Рафсона решения систем нелинейных уравнений: алгоритм решения, условие окончания.
- •Алгоритм решения:
- •16. Метод Лагранжа интерполяции данных: тип метода, вид и степень общего полинома Лагранжа, условие интерполяции, задача построения полинома Лагранжа, недостаток метода.
- •17. Абсолютная и относительная погрешности вычитания.
- •18. Метод сплайнов интерполяции данных: тип метода, количество и степень сплайн-полиномов, условие интерполяции и условия сопряженности сплайнов, эффективность метода.
- •19. Абсолютная и относительная погрешности умножения.
- •20. Абсолютная и относительная погрешности деления.
- •21. Абсолютная и относительная погрешности деления.
- •24. Методы центральных прямоугольников, трапеций и Симпсона вычисления определенных интегралов: расчетные формулы, порядок точности, оценка погрешности, вычисление погрешности по правилу Рунге.
- •27. Общее понятие «численный метод».
- •28. Метод Монте-Карло вычисления определенных интегралов: расчетная формула, алгоритм метода.
- •29. Понятие «численный метод эквивалентных преобразований».
- •35. Понятие «итерационный (приближенный) численный метод.
- •Условие сходимости метода простых итераций
- •Трудоёмкость метода простых итераций
- •36.Решение оду модифицированным методом Эйлера: порядок точности, начальные условия, расчетная формула для получения решения, графическая интерпретация, вычисление погрешности по правилу Рунге.
- •37.«Численный метод статистических испытаний (случайный численный метод)»
20. Абсолютная и относительная погрешности деления.
Погрешность частного: относительная погрешность частного не превышает суммы относительных погрешностей делимого и делителя.
Пример. Найти частное u = 25.7 / 3.6, если все написанные знаки делимого и делителя верны.
Решение. u = 25.7 / 3.6 = 7.14 . du = dx1 + dx2 = 0.05/25.7 + 0.05/3.6 = 0.002 + 0.014 = 0.016 . Так как u = 7.14, то Du = 0.016 · 7.14 = 0.11 . Поэтому u = 7.14 ± 0.11 .
21. Абсолютная и относительная погрешности деления.
Для частного двух чисел вычисления будут аналогичными.
Находим натуральный логарифм и его частные производные
,
,
следовательно, предельная относительная погрешность частного равна сумме предельных относительных погрешностей делимого и делителя.
Абсолютная погрешность результата вычисления функции нескольких приближенных чисел равна сумме произведений модуля частной производной функции на абсолютную погрешность приближенного числа.
24. Методы центральных прямоугольников, трапеций и Симпсона вычисления определенных интегралов: расчетные формулы, порядок точности, оценка погрешности, вычисление погрешности по правилу Рунге.
Требуется найти
с той или иной степенью точности. Известны три классических способа сделать это.
Способ № 1: метод прямоугольников. Отрезок разбивается на равных частей: длиной , где
.
Затем на каждом участке функция заменяется на константу , после чего искомый интеграл заменяется на интеграл от новой ступенчатой функции, т.е. на число
.
Можно доказать, что справедлива следующая оценка:
,
где - максимум модуля первой производной функции на отрезке .
Способ № 2: метод трапеций.
В этом методе искомый интеграл после разбиения отрезка на равные части заменяется на следующую сумму (суммируются площади трапеций, а не прямоугольников, как в предыду-щем случае):
,
где Можно доказать, что если - исходный обсуждаемый интеграл,то
,
где на отрезке .
: Способ № 3: метод парабол(Cимпсона). В этой ситуации отрезок разбивается на равных частей: , где . На участках , функцию заменяют на параболу, проходящую через точки и интегралом от этой параболы на участке заменяют интеграл от функции на этом же участке, после чего все эти интегралы суммируют и результаты принимают за интеграл от по всему отрезку . Полученная приближенная формула называется формулой парабол или формулой Симпсона. Вот ее окончательный
вид:
.
Если левую часть этого приближенного равенства обозначить через I а правую – через S, то окажется выполненной следующая формула для оценки погрешности:
,
где - максимум на интервале четвертой производной функции .
существует еще один широко применяемый метод - метод Рунге-Кутта, который, как правило, быстрее приводит к числу , чем метод Эйлера. Сформулируем действия по методу Рунге-Кутта:
1й шаг. Фиксируем точность, с которой нужно найти значение . Обозначим это число через . Поясним, что это означает, что числа, отличающиеся меньше, чем на , считаются одинаковыми.
2й шаг. Фиксируем произвольное и разделим отрезок на равных частей: , где .
3й шаг. Построим последовательность чисел
, где
и
в которой, напомним, . Обозначим через .
4й шаг. Заменим на и повторим шаги 2 и 3. Полученное число (т.е. послед-нее из вычисляемых на шаге 3) обозначим теперь через .
5й шаг. Если окажется, что числа и отличаются друг от друга меньше, чем на , то число считается найденным и равным . В противном случае переобозначим через и вернемся к шагу 4.
Можно доказать, что когда функция из (7.4.1) имеет непрерывные частные производные, описанный процесс обязательно конечен и ответ находится действительно с любой наперед заданной точностью.