Лабораторные работы № 1, 2, 3, 4, 5. по дисциплине: Вычислительная математика. Семестр 3. Вариант № 6

Лабораторная работа No1. Интерполяция.

Известно, что функция удовлетворяет условию при любом x. Рассчитать шаг таблицы значений функции f(x), по которой с помощью линейной интерполяции можно было бы найти промежуточные значения функции с точностью 0.0001, если табличные значения функции округлены до 4-х знаков после запятой. Составить программу, которая
1.Выводит таблицу значений функции с рассчитанным шагом h на интервале [c, c+30h].
2. С помощью линейной интерполяции вычисляет значения функции в точках по таблице значений функции с шагом h.
3. Выводит значения xi, приближенные и точные значения функции в точках xi (i = 0,1,1⁄429).
Для построения таблицы взять функцию N – последняя цифра пароля, i mod 4 – остаток от деления i на 4 (Например, 10 mod 4 = 2, 15 mod 4 = 3, 8 mod 4 = 0).

Пример расчета шага таблицы: Пусть . Полная погрешность интерполяции R = Rусеч + Rокруг, где Rусеч – погрешность формулы линейной интерполяции, Rокруг – погрешность, возникающая из-за подстановки в формулу линейной интерполяции приближенных значений функции
Известно, что погрешность формулы линейной интерполяции оценивается по следующему неравенству:
Rусеч £ , где . По условию задачи , следовательно, Rусеч £ . По условию табличные значения функции округлены до 4-х знаков. Следовательно, абсолютная погрешность округления табличных значений D (f) = 0.5× 10-5. Тогда, при подстановке этих приближенных значений в формулу линейной интерполяции возникает погрешность:

Rокруг = (1 – q)× D (f) + q× D (f) = D (f) = 0.5× 10-5. По условию, общая погрешность R £ 0.0001. Получаем,







Лабораторная работа No2.Решение систем линейных уравнений.

Привести систему к виду, подходящему для метода простой итерации. Рассчитать аналитически количество итераций для решения системы линейных уравнений методом простой итерации с точностью до 0.0001 для каждой переменной.
Написать программу решения системы линейных уравнений методом простой итерации с точностью до 0.0001 для каждой переменной. Точность достигнута, если (k – номер итерации, k = 0,1,1⁄4 ). Вывести количество итераций, понадобившееся для достижения заданной точности, и приближенное решение системы. Система уравнений

N – последняя цифра пароля.
Пример расчета количества шагов для метода простой итерации для достижения точности 0.01 по каждой переменной.
Пусть имеется система:

Приведем ее к виду, удобному для метода простой итерации:
, тогда

В качестве начального приближения возьмем . Для метода простой итерации погрешность оценивается по формуле . По условию точность должна быть меньше, чем 0.01. Получаем, .







Выполнение 28 шагов по методу простой итерации гарантирует вычисление значения каждого неизвестного с точностью 0.01. При работе программы обычно получается меньшее количество шагов.

Лабораторная работа No3.Решение нелинейных уравнений

Найти аналитически интервалы изоляции действительных корней уравнения. Написать программу нахождения всех действительных корней нелинейного уравнения методом деления пополам с точностью 0,0001. Считается, что требуемая точность достигнута, если выполняется условие , (e – заданная точность), при этом Корни отделить аналитически, для чего найти производную левой части уравнения и составить таблицу знаков левой части на всей числовой оси. Вариант выбирается по последней цифре пароля.

Вариант 6:


Пример нахождения интервалов изоляции действительных корней уравнения:
Найдем интервалы изоляции действительных корней уравнения . Для этого найдем производную функции и критические точки из условия .
, .
Составим таблицу знаков функции f(x):
x
–¥
-2/3
2
+¥
f(x)
–
+
–
+
Следовательно уравнение имеет три действительных корня:

x1> Î ]–¥ ; –2/3[, x2 Î ]–2/3; 2[, x3 Î ]2; +¥ [. Уменьшим промежутки, содержащие корни:
x
–2
-2/3
2
3
f(x)
–
+
–
+
Итак, уравнение имеет три вещественных корня:

x1 Î ]–2; –2/3[, x2 Î ]–2/3; 2[, x3 Î ]2; 3[

Лабораторная работа No4. Численное дифференцирование

Известно, что функция удовлетворяет условию при любом x. Измерительный прибор позволяет находить значения с точностью 0.0001. Найти наименьшую погрешность, с которой можно найти по приближенной формуле: . Рассчитать шаг для построения таблицы значений функции, которая позволит вычислить значения с наименьшей погрешностью.
Составить программу, которая
1. Выводит таблицу значений функции с рассчитанным шагом h на интервале [c – h, c + 21h].
2. По составленной таблице вычисляет значения в точках .
3. Выводит значения xi (i = 0,1,1⁄4 20)., приближенные и точные значения в точках xi.
Для построения таблицы взять функцию , где N – последняя цифра пароля. Тогда, точное значение производной
Пример расчета шага таблицы:
Пусть .
Из формулы для расчета оптимального шага следует, что , где . В нашем случае .
При выбранном шаге h = 0.023 погрешность дифференцирования
R =

Лабораторная работа No5. Одномерная оптимизация

Написать программу для нахождения максимального значения функции на отрезке [0, 0.5] методом золотого сечения с точностью 0.0001. Считается, что требуемая точность достигнута, если выполняется условие , (e – заданная точность, ak, bk – границы интервала неопределенности, k = 0,1,2,1⁄4 ), при этом, ,
N – последняя цифра пароля.

2013, зачет