数值分析课后习题答案ppt课件

1、 1-1.以下各数都是经过四舍五入得到的近似值 ,试分别指出它们的绝对误差限,相对误差限和有效数字的位数. x1=5.420,x2=0.5420,x3=0.00542,x4=6000,x5=0.6105.一一. .习题习题1 1第第1010页页 解 绝对误差限分别为: 1=0.510-3,2=0.510-4,3=0.510-5,4=0.5,5=0.5104 . 相对误差限分别为: r1=0.510-3/5.420=0.00923%, r2=0.00923%,r3=0.0923%,4=0.0083%,5=8.3%. 有效数位分别为: 4位,4位,3位,4位,1位. 1-2.以下近似值的绝对误差限

2、都是0.005,试问它们有几位有效数字. a=-1.00031,b=0.042,c=-0.00032 解 有效数位分别为: 3位,1位,0位. 1-3.为了使101/2的相对误差小于0.01%,试问应取几位有效数字? 解 由于101/2=3.162=0.316210,假设具有n位有效数字,那么其绝对误差限为0.5 101-n ,于是有 r=0.5101-n/3.1620.5101-n/30.01% 因此只需n=5.即取101/2=3.1623 解 x1=28+27.982=55.982,x2=1/x1=0.017863 1-4.求方程x2-56x+1=0的两个根,使它们至少具有四位有效数字 )

3、.982.27783( 2-2(1).用列主元Gauss消元法解方程组 解 二二.习题习题2 (第第50页页)6745150710623321xxx65157071046235 . 255 . 201 . 661 . 0070710消元1 . 661 . 005 . 255 . 207071032rr回代得解: x3=1, x2=-1, x1=0651546237071021rr2 . 62 . 6005 . 255 . 2070710消元 2-3(1).对矩阵A进展LU分解,并求解方程组Ax=b,其中 解 564,221231112bA ，所以221231112A11221211122123

4、25211125321232521112535321232521112532325532121112111A5332132153212144564111yyyyyy，得解1114411232153321532325xxxxxx，得再解 2-4.对矩阵A进展LDM分解和Crout分解，其中 解15156654212A64264122112634122112634123221112634123221111111263423221A分解：故得Crout11111321431213221ALDM分解为： 2-5.对矩阵A进展LDLT分解和GGT分解，并求解方程组Ax=b，其中

5、 解 ,22484548416A22484548416A2121432321214332321214332214332214A分解：故得TGG1119416111232141232141ALDLT分解为：321b7083. 1875. 025. 0321332214321321yyyyyy，得解5694. 02916. 15451. 07083. 1875. 025. 0332214321321xxxxxx，得再解 2-6(1).给定方程组 21102yxyx a.用Cramer法那么求其准确解. b.用Gauss消元法和列主元Gauss消元法求解,并比较结果.(用两位浮点计算). 解 a.x

6、=-1/-0.99=1.010101,y=-0.98/-0.99=0.989899 b.用Gauss消元法21102yxyx 2-8.用追逐法求解方程组:回代得解: y=1, x=0.1102yx1001001102yyx 再用列主元Gauss消元法21102yxyx12yyx2yx回代得解: y=1, x=1.200000100411411411411454321xxxxx 解4114114114114141441114415411141544154111141556154415411114561515561544154111114562095615155615441541111142095

7、65620956151556154415412097802095656209561515561544154111114718.5347847. 07857. 16667. 625200000100111145432154321209780562091556415yyyyyyyyyy，得解718.53872.147693. 52052. 8051.27,718.5347847. 07857. 16667. 62511111543215432120956561515441xxxxxxxxxx得再解 2-10.证明以下不等式: (1)x-yx-z+z-y; (2)|x-y|x-y; 证明 (1)x-

8、y=(x-z)+(z-y)x-z+z-y (2) 由于 x=(x-y)+yx-y+y 所以 x-yx-y ,同理可证 y-xx-y 于是有 |x-y|x-y . 2-11.设为一向量范数,P为非奇特矩阵,定义xp= Px, 证明xp 也是一种向量范数. 证明 (1)xp=Px0,而且Px=0Px=0 x=0 (3)x+yp=P(x+y)=Px+PyPx+Py=xp+yp (2)xp=P(x)=Px=|Px=|xp所以xp是一种向量范数. 2-12.设A为对称正定矩阵,定义xA=AxxT ,证明A是一种向量范数. 证明 由Cholesky分解有A=GGT,所以xA)()(xGxGTTT=GTx2

9、,由上题结果知xA是一向量范数. 2-16.对恣意矩阵范数,求证: 证明 (1)由于A=AEAE ,所以E1. (2)1E=AA-1AA-1 ,故 2-17.证明: (1)假设A为正交矩阵,那么Cond2(A)=1; (2)假设A为对称正定矩阵,那么Cond2(A)=1/n,1和n分别为A的最大和最小特征值. 证明 (1)A正交,那么ATA=AAT=E,Cond2(A)=A2A-12=1. (2)A对称正定,ATA=A2, A2=1. A-12=1/n.BABABAAAE11111)3(1)2(1) 1 (.11AA (3)A-1-B-1=A-1(B-A)B-1A-1B-1A-B三三.习题习题

10、3 (第第75页页) 3-2.讨论求解方程组Ax=b的J迭代法和G-S迭代法的收敛性.其中122111221)2(211111112) 1 (AA 解 (1) J迭代法的迭代矩阵为 ,0101021212121U)(LDB1得(2+5/4)=0, i25011|21212121BE令 即1=0,2= ,3= , i25 故(B)= 25 所以J迭代法不收敛.212121212110000)(ULDG (2)类似可得(B)=0,(G)=2, 故J迭代法收敛,G-S迭代法不收敛.所以,(G)=1/2, 故G-S迭代法收敛. G-S迭代法的迭代矩阵为:000100110211011002121212

11、1212100000001001100010021212121021112或由 , 得(2+1)2=0,故(G)=1/2. 3-3.用J迭代法和G-S迭代法求解方程组301532128243220321321321xxxxxxxxxJ迭代法有x(1)=(1.2,1.5,2)T, x(1)-x(0)=2取初始近似x(0)=(0,0,0)T,问各需迭代多少次才干使误差x(k)-x*10-6. 解 J迭代法和G-S迭代法的迭代矩阵分别为 ,000511528181203101U)(LDB18001120019160178012031011000)(ULDGG-S迭代法有x(1)=(1.2,1.35,

12、2.11)T, x(1)-x(0)=2.11 B=1/3=0.33333 , G=1/4=0.25易得:(B)=|,(G)=2.故当|1 ,(G)=31. 3-8.断定求解以下方程组的SOR方法的收敛性.000121001210012100124321xxxx 解 直接可验证系数矩阵A是负定矩阵,所以-A是对称正定矩阵,故当00, (1)=-sin10,故方程在0,1内有根,又(x)=-1-cosx0, x0,1,所以方程在0,1内仅有一个根. 可见,需求计算14步. 由于4111021212kkkabx ,所以k4/log2=13.29 4-3.比较运用下述方法求方程ex+10 x-2=0的

13、正根，准确到三位小数所需求的计算量: (1) 在区间0,1内用二分法; (2) 用迭代法10/ )2(1kxkex ,取x0=0. 解 (1)由 (2) 迭代法的迭代函数为(x)=(2-ex)/10, |(x)|= ex/10e/101,取L=e/10,且x1=0.1,由 k3/log2=9.97 ,所以需求计算10步.3111021212kkkabx ,可得所以,只需迭代5步.可得 30110211xxLLxkk31. 4ln2001lnLLk假设取L=e0.1/10,可得k2.46,所以只需迭代3次. 4-4.设(x)=cosx,证明:任取x0,迭代式xk+1=(xk),k= 0,1,2,

14、均收敛于方程x=(x)的根 . 证明 由于对恣意x0,都有x1=cosx0-1,1,所以只需证明迭代式在区间-1,1收敛. 由于(x)=cosx延续可导,|(x)|=|sinx|sin11,所以(x)是区间-1,1上的紧缩映射,因此结论成立.这里迭代函数(x)= 解 记(x)=x3+2x-5C0,2,且(0)=-50, 所以方程在区间0,2内有根,建立迭代格式 4-5.验证区间0,2是方程x3+2x-5=0的有根区间,并建立一个收敛的迭代格式,使对任何初值x00,2都收敛,并阐明理由., 2 , 1 , 0,2531kxxkk325x ,由于 01(x) 所以(x)是区间0,2上的紧缩映射,故

15、迭代式收敛. 证明 这里(x)=x-(x),由于对恣意(0,2/M)均收敛于(x)=0的根 . 4-7.给定函数(x),设对一切x,(x)存在且0m(x) M,证明对恣意(0,2/M),迭代式, 2 , 1 , 0,)(1kxfxxkkk35 2 , x0,2 且 |(x)|= 32)25(32x 2/31 , x0,2 -1=1-2(x)=1-(x)1所以|()|1,试问如何将x=(x)化为适于迭代的方式?将x=tanx化为适于迭代的方式,并求在x=4.5附近的根.由于|-1(x)|=1/|(x)|1/k 0),分别导出求na 的迭代公式,并求 21)/()(limknknkxaxaC由于

16、解解 迭代格式分别为迭代格式分别为 所以对(1)有, 2 , 1 , 01) 1 (11knxaxnnxnkkk 4-13.证明迭代公式：xk+1=xk(xk2+3a)/(3xk2+a),k=0, 1,2,是求a, 2 , 1 , 0)1()2(1kaxnnxxnkkk)(2)()(lim21ffxxkkk nnC21 ,对(2)有.21nnC 证明证明 设设 的三阶方法.kkxlim ,那么有: =(2+3a)/(32+a) 故 2=a , 即axkklim又由于 所以有axaxaaxxaxkkkkk22213)3()3(因此是三阶方法.axaxaaxxkkkk23233)33axaxkk2

17、33)(aaxaxaxkkkkk4131lim)(lim231五五.习题习题5 (第第131页页) 5-1.用Gerschgorin圆盘定理估计以下矩阵的特征值. 解 (1)三个圆盘为|-1|0.2,|-2|0.4,|-3|0.3.是相互独立的,因此,三个特征值分别为;(2)三个圆盘为|-4|2,|-2|1,|-9|2.前两个圆盘连通,后一个独立,因此, 1,2,落在前两个圆盘的连通区域内, 7311. 0.811.2 , 1.622.4 , 2.733.3 5-5.求矩阵A按模最大和最小特征值.其中902120114)2(31 . 02 . 04 . 0201 . 01 . 01) 1 (

18、解 用幂法求A的按模最大特征值,计算公式为: v(k)=Au(k-1)31815108109A k=max(v(k) u(k)=v(k)/k ,k=1,2,.取初值u(0)=(1,1,1)T,计算结果如下:取17=19.301 k01234567u1(k)11111111u2(k)10.51850.71270.64870.67480.66590.66930.6681u3(k)10.37040.50110.43660.45630.44820.45100.4499k2717.148220.135818.979819.398419.244619.301 解 用反幂法求A的按模最小特征值,计算公式为:

19、 Av(k)=u(k-1) k=max(v(k) u(k)=v(k)/k ,k=1,2,.取初值u(0)=(1,1,1)T,计算结果如下:k01234567u1(k)11-0.1318-0.6500-0.1902-0.3689-0.0590-0.2550u2(k)1-0.18920.14931-0.33231-0.58111u3(k)10.21621-0.39691-0.69171-0.9204k0.11310.1204-0.1353-0.2192-0.1659-0.2225-0.1724k89101112131415u1(k)-0.02920.19750.06170.15640.09160.

20、13550.10580.1259u2(k)-0.7168-0.9940-0.7713-0.9089-0.8119-0.8765-0.8319-0.8618u3(k)11111111k-0.23300.17940.23450.19380.21970.20160.21370.2054取n1/15=4.8686 5-7.利用带位移的反幂法计算矩阵的特征值. 解 作位移矩阵B=A-7E ,建立计算公式:720101350144PA Bv(k)=u(k-1) k=max(v(k) u(k)=v(k)/k ,k=1,2,.取初值u(0)=(1,1,1)T,计算结果如下:k01234567u1(k)1111

21、1111u2(k)10.750.72220.71620.71480.71440.71430.7143u3(k)1-0.4-0.8044-0.9403-0.9828-0.9951-0.99870.9998k-2-1.125-1.0278-1.0067-1.0018-1.0004-1.0000取7+1/7=6 5-9(2)利用Jacobi方法求矩阵A的一切特征值，其中 解 记421242124A取p=1，q=2，那么有 cos=(1+t2)-1/2=0.7071, sin=tcos0.7071 421242124)0(A, 02)0(12)0(22)0(11aaa1t10007071. 07071

22、. 007071. 07071. 01000cossin0sincos)(pqRR1类似地有470711. 012132. 270711. 02012132. 2061)0(1)1(RARTA65479. 259716. 0059716. 0237868. 0037868. 034521. 7)2(A00841. 3019295. 0064638. 132583. 019295. 032583. 034521. 7)3(A00841. 301098. 019264. 001098. 062781. 1019264. 0036378. 7)4(A99991. 201097. 0001097. 0

23、62781. 100048. 0000048. 037228. 7)5(A所以取 17.37228 ,22.99991 ,31.62781 5-10.设矩阵H=E-2xxT,向量x满足xTx=1,证明: (1)H为对称矩阵,即HT=H; (2)H为正交矩阵,即HTH=E; (3)H为对合矩阵,即H2=E. 证明 (1)由于HT=(E-2xxT)T=E-2xxT=H,故H对称. 6-1.当x=1,-1,2时,(x)分别为0,-3,4,求(x)的二次插值多项式p2(x).(2)由于HTH=(E-2xxT)T(E-2xxT)=E-4xxT+4xxTxxT=E,故H正定.(3)由(1)和(2)即得,H

24、是对合矩阵.六六.习题习题6 (第第180页页) 解法一. 基函数法: p2(x)=l0(x)y0+l1(x)y1+l2(x)y2=-3l1(x)+4l2(x) )2)(1(61)()()(2101201xxxxxxxxxxxl) 1)(1(31)()()(1202102xxxxxxxxxxxl 6-2.设l2(x)是以xk=x0+kh,k=0,1,2,3为插值节点的3次插值基函数,求 解法二. 待定系数法,设p2(x)=(x-1)(ax+b), 那么有 p2(x)=-3l1(x)+4l2(x) ) 1)(1(34)2)(1(21xxxx)1(8)2( 3)1(61xxx)145)(1(61x

25、x 2(a-b)=-3, 2a+b=4 ,解得,a=5/6, b=7/3, 所以 p2(x)=1/6(x-1)(5x+14). )(max230 xlxxx 6-3.设l0(x),l1(x),ln(x)是以x0,x1,xn为节点的n次Lagrange插值基函数,求证: 解 )()()()()(3212023102xxxxxxxxxxxxxl 证明 (1)记(x)=xk,那么yj=(xj)=xjk,j=0,1,n.于是) 3)(1(21max)(max30230tttxltxxx30)3)(1(21)(0ttttthxx令271077374时）（t., 1 , 0,)() 1 (0nkxxlxk

26、jnjkj., 1 , 0,0)()()2(0nkxlxxjnjkj 6-4.设(x)C2a,b,且(a)=(b)=0,证明 )()!1()()()(10)1(xnfxlyxfxnnjxnjjk 证明 以a,b为节点作(x)的线性插值有L1(x)=0,故njjkjxlx0)( (2)记(t)=(t-x)k,那么yj=(xj)=(xj-x)k,j=0,1,n.于是)()!1()()()()(10)1(tnftlytfxtnnjtnjjknjjkjtlxx0)()(取t=x,那么有njjkjxlxx00)()(bxaMabxf,)(81)(22其中,. )(max2xfMbxa |(x)|=|(x

27、)-L1(x)|22)(81)(2)(Mabbxaxfx 6-5.利用y=x115 的近似值,并由误差公式给出误差界,同时与实践误差作比较. 解 由二次Lagrange插值得: 在x=100,121,144点的函数值 ,用插值方法求722756.1012)121144)(100144()121115)(100115(11)144121)(100121()144115)(100115(10)144100)(121100()144115)(121115()115(1152 L144100,108383525 xxy3521063125. 1)144115)(121115)(100115(1083!

28、 31)115(115 L 实践误差：3210049294. 1)115(115 L 6-8.(x)=x5+4x4+3x+1,求差商20,21,25和20, 21,26. 解 20,21,25= 1! 5)()5(f 20,21,26= 0 6-9.设(x)=x5+x3+1, 取x0=-1,x1=-0.8,x2=0,x3=0.5, x4=1,作出(x)关于x0,x1,x2,x3,x4的差商表,给出(x)关于x0,x1,x2,x3的Newton插值多项式,并给出插值误差. 解 差商表为 xk(xk)一阶差商二阶差商三阶差商四阶差商x0=-1x1=-0.8x2=0 x3=0.5x4=1-10.16

29、03211.1562535.80161.04960.31253.6875-4.752-0.5673.3752.792.19-0.3Newton插值多项式为: |R3(x)|=|-1,-0.8,0,0.5,x(x+1)(x+0.8)x(x-0.5)| 6-10.设(x)=x4+2x3+5, 在区间-3,2上, 对节点x0= -3,x1=-1,x2=1,x3=2,求出(x)的分段三次Hermite插值多项式在每个小区间xi,xi+1上的表达式及误差公式. 解 在-3,-1上,由y0=32,y1=4,y0=-54,y1=2,h=2,得 N3(x)=-1+5.8016(x+1)-4.752(x+1)(

30、x+0.8) +2.79(x+1)(x+0.8)x 5|(x+1)(x+0.8)x(x-0.5)| H3(x)=320(x)+41(x)-540(x)+21(x)令0(x)=(x+1)2(ax+b),可得a=1/4,b=1,所以 0(x)=(x+1)2(x+4)/4同理可得: 0(x)=(x+3)(x+1)2/4 1(x)=-(x+3)2x/4 1(x)=(x+3)2(x+1)/4 H3(x)=8(x+1)2(x+4)-(x+3)2x -13.5(x+3)(x+1)2+0.5(x+3)2(x+1) =-6x3-22x2-24x-4所以有误差为 R(x)=(x+3)2(x+1)2类似地,在区间-

31、1,1上有 H3(x)=2x3+2x2+4 R(x)=(x+1)2(x-1)2 H3(x)=写到一同就是 R(x)=在区间1,2上有 H3(x)=8x3-13x2+12x+1 R(x)=(x-1)2(x-2)2 -6x3-22x2-24x-4 , -3x-1 2x3+2x2+4 , -1x1 8x3-13x2+12x+1 , 1x2 (x+3)2(x+1)2 , -3x-1 (x+1)2(x-1)2 , -1x1 (x-1)2(x-2)2 , 1x2 6-12.确定a，b，c使函数31) 1() 1() 1(10)(23213xcxbxaxxxxS是一个三次样条函数。 解 由于S(x)是分段三

32、次多项式,故只需S(x)C20,3 由 1=S(1-0)=S(1+0)=c ,得 c=1所以,当a=b=3,c=1时,S(x)是三次样条函数. 6-13.确定a，b，c,d,使函数3110)(3232xdxcxbxaxxxxS 由 3=S(1-0)=S(1+0)=b ,得 b=3 由 6=S(1-0)=S(1+0)=2a ,得 a=3是一个三次样条函数,且S(2)=12. 解 由知可得: a+b+c+d=2, b+2c+3d=5,2c+6d=8,6d=12, 解之得:a=-1,b=3,c=-2,d=2. 6-19.给出函数表 解 线性拟合,即形如y=a+bx的拟合曲线.构造向量 0=(1,1,

33、1,1,1,1)T, 1=(-1,-0.5,0,0.25,0.75,1)T, =(0.22,0.8,2,2.5,3.8,4.2)T. 那么得正那么方程组: 6a+0.5b=13.52 xi-1-0.500.25 0.751yi0.220.822.53.84.2试分别作出线性,二次曲线拟合,并给出最正确均方误差. 0.5a+2.875b=7.055 解得:092353. 2078971. 2ba所以,线性拟合曲线为:y=2.078971+2.092353x最正确均方误差为:*2= =0.386592)(iiybxa 二次拟合,即形如y=a+bx+cx2的拟合曲线.构造向量 0=(1,1,1,1,

34、1,1)T, 1=(-1,-0.5,0,0.25,0.75,1)T, 2=(1,0.25,0,0.0625,0.5625,1)T，=(0.22,0.8,2,2.5, 3.8,4.2)T.那么得正那么方程组: 6a+0.5b+2.875c=13.52 0.5a+2.875b+0.3125c=7.055 解得:a=1.94448,b=2.0851,c=0.28191.二次拟合曲线为:y=1.94448+2.0851x+0.28191x2.最正确均方误差为:*2= =0.06943.22)(iiiycbxa 2.875a+0.3125b+2.3828125c=6.95 6-20.用最小二乘法求一个形

35、如y=a+bx2的阅历公式,使与以下数据拟合,并计算均方误差. 解 这里基函数为0(x)=1,1(x)=x2,构造向量 0=(1,1,1,1,1)T, 1=(361,625,961,1089,1936)T, =(19,32.2,49,73.3,97.8)T.那么得正那么方程组: 5a+4972b=271.3 4972a+6378484b=343237.5 解得:a=3.33339,b=0.051213.所求拟合曲线为:y=3.33339+0.051213x2.最正确均方误差为:*2= =15.9329922)(iiybxaxi1925313344yi1932.24973.397.8 6-22.

36、用最小二乘法求以下方程组的近似解: 解 记G(x,y)=(2x+4y-11)2+(3x-5y-3)2+(x+2y-6)2+(4x+2y-14)2 就是求G(x,y)的最小值,令解得: x=2.977413,y=1.2258731424623531142yxyxyxyx, 0186660yxxG0138986yxyG 7-1.建立右矩形和左矩形求积公式,并导出误差式.七七.习题习题7 (第第213页页) 解法. 右矩形公式为：由于(x)-(a)=(x)(x-a), (x)-(b)=(x)(x-b) )()(abbfdxxfba 左矩形公式为：)()(abafdxxfba所以有 ),()(2)()

37、()()()(2bafabdxbxfabbfdxxffRbaxba),()(2)()()()()(2bafabdxaxfabafdxxffRbaxba 7-2.阐明中矩形公式的几何意义,并证明 证明 由Taylor展开式有),()(24)()2()()(3bafabbafabdxxfba 所以有 3)(24)()(2()(abfabbafdxxfba 2)2(2)()2)(2()2()(baxfbaxbafbafxfx 7-3.假设(x)0,证明用梯形公式计算定积分所得结果比准确值大,阐明几何意义. 证明 由于(x)0,所以y=(x)是凹函数,故结论成立. 7-5.确定以下积分公式中的待定参数

38、，使其代数精度尽能够高，并阐明代数精度是多少？)()0()()() 1 (101hfAfAhfAdxxfhh 解 令公式对(x)=1,x,x2都准确成立,那么有 解得:A-1=A1=h/3,A0=4h/3. A-1+A0+A1=2h -hA-1+hA1=0 h2A-1+h2A1=2h3/3求积公式为:)()0(4)(3)(hffhfhdxxfhh (x)=x3时,左=右=0,公式也准确成立 (x)=x4时,左=2h5/5,右=2h5/3,公式不准确成立所以公式的代数准确为3.)(3)(2) 1()()2(213111xfxffdxxf 解 令公式对(x)=1,x,x2都准确成立,那么有 解得:

39、 2=2 2x1+3x2-1=0 2x12+3x22+1=2求积公式为: (x)=x3时,公式都不准确成立,故代数精度为2.126599. 0689899. 021xx526599. 0289899. 021xx或)126599. 0(3)689899. 0(2) 1(31)(11fffdxxf)526599. 0(3)289899. 0(2) 1(31)(11fffdxxf或)()0()()0(2)()3(20hffhhffhdxxfh 解 当(x)=1时,左=h，右=h，对一切都成立。 (x)=x时有左=右=h2/2，对一切都成立。 故公式的代数精度为3.)()()5(00112xfAdx

40、xfx)()0(12)()0(2)(20hffhhffhdxxfh 解 令公式对(x)=1,x准确成立,那么有 (x)=x2时,左=h3/3,右=h3/2-2h3，故取=1/12,那么有 (x)=x3时,左=h4/4,右=h4/2-h4/4=h4/4，也准确成立. (x)=x4时,左=h5/5,右=h5/2-h5/3=h5/6，不准确成立. A0=2/3 A0 x0=0 解得A0=2/3,x0=0. 所以公式为)0(32)(112fdxxfx ,其代数精度为1. 7-7.设 解 由于|(lnx)|=1/x21, |(lnx)(4)|=6/x46 要|I-Tn|9.13,故取n=10.IS2=1

41、/12ln1+2ln1.5+ln2+4ln1.25+4ln1.75=0.386260 导出两点Gauss型求积公式. 假设取=10-3,分别求出n使复化梯形公式Tn,复化Simpson公式Sn的截断误差满足: |I-Tn|,及|I-Sn| ,并计算Sn .,ln21xdxI,1012132n要|I-Sn|1.201,故取n=2. 7-10.对积分10,)(1lndxxfx 解 区间0,1上权函数为ln(1/x)的正交多项式为: P0(x)=1, p1(x)=x-1/4, p2(x)=x2-(5/7)x+17/252 令 p2(x)=0 ，解出Gauss点为： 再令公式对(x)=1,x准确成立,

42、可得 A1+A2=1, A1x1+A2x2=1/4 ,由此解出所以两点Gauss型求积公式为:1064921,106492121AA 7-11.用两点Gauss型求积公式计算以下积分的近似值.)4210615()1094921()4210615()1094921()(1ln10ffdxxfx 解 两点Gauss-Legendre求积公式为: ,42106151x42106152xdxx11221cos1) 1 ()577350. 0()577350. 0()(11ffdxxf所以有 解 两点Gauss-Laguerre求积公式为: A1=0.8535533905, A2=0.146446609

43、4, 611151. 1cos111221dxxdxxx0sin)2(其中,)()()(2211021xfeAxfeAdxxfxx x1=0.5858864376, x2=3.4142623, 所以有096221. 1sin0dxxxdxxex02)3(所以有 解 两点Gauss-Laguerre求积公式为: A1=A2=0.0.8862269254, -x1=x2=0.7071067811 ）同（2,)()()(212122110 xxAAxfAxfAdxxfex所以有000102. 202dxxexdxxex21)4(2 解 两点Gauss-Hermit求积公式为:其中,)()()(221

44、12xfAxfAdxxfex170804. 2122dxxex 7-12.证明以下数值微分公式：其中，xj=x0+jh，j=0，1，2。 (x)= (x-x1)(x-x2)(x0)-2(x-x0)(x-x2)(x1)+(x-x0)(x-x1)(x2)/2h2 )(3)()(4)(321)() 1 (22100fhxfxfxfhxf (x0)=-3(x0)+4(x1)-(x2)/2h+R2(x0) )(12)()(2)(1)()2()4(221021fhxfxfxfhxf (2) (x)=(x0)-2(x1)+(x2)/h2+R2(x) )(3)2()0(3)(461)0()3(2fhhffhf

45、hf 证明 (1)以x0,x1,x2为节点的二次Lagrange插值为: + (x)(x-x0)(x-x1)(x-x2)/6 (x)=(2x-x1-x2)(x0)-2(2x-x0-x2)(x1)+(2x-x0-x1)(x2)/2h2+R2(x) (x0)=-3(x0)+4(x1)-(x2)/2h+h2 ()/3 容易证明 (x1)(x0)-2(x1)+(x2)/h2 对 (x)取次数不超越3次的多项式准确成立. 构造三次多项式p3(x)使p3(x0)=(x0), p3(x1)=(x1), p3(x2)=(x2), p3(x1)=(x1), 那么有 (x)-p3(x)=(4)(x)(x-x0)(x-x1)2(x-x2)/4!于是有 R2(x1)=(x1)-p3(x1)=(4)()(-2h2)/4!=-(4)()h2/12所以 (x1)=(x0)-2(x1)+(x2)/h2-(h2/12)(4)() (3)以x0=-h,x1=0,x2=2h为节点的二次Lagrange插值为: (x)= 2x(x-2h)(-h)-3(x+h)(x-2h)(0)+x(x+h)(2h)/6h2 + (x)x(x+h)(x-2h)/6 (0)=-4(-h)+3(0)+(2h)/6h+ R2(0) (x)=4(x-h)(-h)-3(2x-h)(0)+(2x+h)(2h)/6h2+R2(x) (0)=-