數(shù)值計(jì)算方法試題及答案

1、數(shù)值試題數(shù)值計(jì)算方法試題一一、 填空題（每空1分，共17分）1、如果用二分法求方程在區(qū)間內(nèi)的根精確到三位小數(shù)，需對(duì)分（ ）次。2、迭代格式局部收斂的充分條件是取值在（）。3、已知是三次樣條函數(shù)，則=( )，=（ ），=（ ）。4、是以整數(shù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的Lagrange插值基函數(shù)，則( )，( )，當(dāng)時(shí)( )。5、設(shè)和節(jié)點(diǎn)則 和。6、5個(gè)節(jié)點(diǎn)的牛頓-柯特斯求積公式的代數(shù)精度為 ，5個(gè)節(jié)點(diǎn)的求積公式最高代數(shù)精度為 。7、是區(qū)間上權(quán)函數(shù)的最高項(xiàng)系數(shù)為1的正交多項(xiàng)式族，其中，則 。8、給定方程組，為實(shí)數(shù)，當(dāng)滿足，且時(shí)，SOR迭代法收斂。9、解初值問題的改進(jìn)歐拉法是 階方法。10、設(shè)，當(dāng)（ ）時(shí)，必有分解式

2、，其中為下三角陣，當(dāng)其對(duì)角線元素滿足（ ）條件時(shí)，這種分解是唯一的。二、 二、選擇題（每題2分）1、解方程組的簡(jiǎn)單迭代格式收斂的充要條件是（ ）。（1）, (2) , (3) , (4) 2、在牛頓-柯特斯求積公式：中，當(dāng)系數(shù)是負(fù)值時(shí)，公式的穩(wěn)定性不能保證，所以實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)（ ）時(shí)的牛頓-柯特斯求積公式不使用。（1）， （2）， （3）， （4），3、有下列數(shù)表x00.511.522.5f(x)-2-1.75-10.2524.25所確定的插值多項(xiàng)式的次數(shù)是（ ）。（1）二次； （2）三次； （3）四次； （4）五次4、若用二階中點(diǎn)公式求解初值問題，試問為保證該公式絕對(duì)穩(wěn)定，步長(zhǎng)的取值范圍為（

3、 ）。(1), (2), (3), (4)三、1、（8分）用最小二乘法求形如的經(jīng)驗(yàn)公式擬合以下數(shù)據(jù)：1925303819.032.349.073.32、（15分）用的復(fù)化梯形公式（或復(fù)化 Simpson公式）計(jì)算時(shí)，(1) (1)    試用余項(xiàng)估計(jì)其誤差。（2）用的復(fù)化梯形公式（或復(fù)化 Simpson公式）計(jì)算出該積分的近似值。四、1、（15分）方程在附近有根，把方程寫成三種不同的等價(jià)形式（1）對(duì)應(yīng)迭代格式；(2)對(duì)應(yīng)迭代格式；（3）對(duì)應(yīng)迭代格式。判斷迭代格式在的收斂性，選一種收斂格式計(jì)算附近的根，精確到小數(shù)點(diǎn)后第三位。選一種迭代格式建立Steffensen迭代

4、法，并進(jìn)行計(jì)算與前一種結(jié)果比較，說明是否有加速效果。2、（8分）已知方程組，其中，（1） （1）       列出Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法的分量形式。（2） （2）       求出Jacobi迭代矩陣的譜半徑，寫出SOR迭代法。五、1、（15分）取步長(zhǎng)，求解初值問題用改進(jìn)的歐拉法求的值；用經(jīng)典的四階龍格庫(kù)塔法求的值。2、（8分）求一次數(shù)不高于4次的多項(xiàng)式使它滿足,六、（下列2題任選一題，4分）1、 1、  數(shù)值積分公式形如 （1） （1）

5、       試確定參數(shù)使公式代數(shù)精度盡量高；（2）設(shè)，推導(dǎo)余項(xiàng)公式，并估計(jì)誤差。2、 2、  用二步法 求解常微分方程的初值問題時(shí)，如何選擇參數(shù)使方法階數(shù)盡可能高，并求局部截?cái)嗾`差主項(xiàng)，此時(shí)該方法是幾階的。數(shù)值計(jì)算方法試題二一、判斷題：（共16分，每小題分）、若是階非奇異陣，則必存在單位下三角陣和上三角陣，使唯一成立。（）、當(dāng)時(shí)，Newtoncotes型求積公式會(huì)產(chǎn)生數(shù)值不穩(wěn)定性。（）3、形如的高斯（Gauss）型求積公式具有最高代數(shù)精確度的次數(shù)為。 （）、矩陣的范數(shù)。（）5、設(shè)，則對(duì)任意實(shí)數(shù)，方程組都是病態(tài)的。（用） （

6、 ）6、設(shè)，且有（單位陣），則有。（ ）7、區(qū)間上關(guān)于權(quán)函數(shù)的直交多項(xiàng)式是存在的，且唯一。（ ）8、對(duì)矩陣A作如下的Doolittle分解：，則的值分別為2，2。（ ）二、填空題：（共20分，每小題2分）1、設(shè)，則均差 _，_。2、設(shè)函數(shù)于區(qū)間上有足夠階連續(xù)導(dǎo)數(shù)，為的一個(gè)重零點(diǎn)，Newton迭代公式的收斂階至少是 _階。、區(qū)間上的三次樣條插值函數(shù)在上具有直到_階的連續(xù)導(dǎo)數(shù)。4、向量,矩陣，則 _，_。5、為使兩點(diǎn)的數(shù)值求積公式：具有最高的代數(shù)精確度，則其求積基點(diǎn)應(yīng)為_，_。6、設(shè)，則（譜半徑）_。（此處填小于、大于、等于）7、設(shè)，則_。三、簡(jiǎn)答題：（9分）1、 1、  方程在區(qū)間內(nèi)有

7、唯一根，若用迭代公式： ，則其產(chǎn)生的序列是否收斂于？說明理由。2、 2、  使用高斯消去法解線性代數(shù)方程組，一般為什么要用選主元的技術(shù)？3、 3、  設(shè)，試選擇較好的算法計(jì)算函數(shù)值。四、（10分）已知數(shù)值積分公式為： ，試確定積分公式中的參數(shù)，使其代數(shù)精確度盡量高，并指出其代數(shù)精確度的次數(shù)。五、（8分）已知求的迭代公式為： 證明：對(duì)一切，且序列是單調(diào)遞減的，從而迭代過程收斂。六、（9分）數(shù)值求積公式是否為插值型求積公式？為什么？其代數(shù)精度是多少？七、（9分）設(shè)線性代數(shù)方程組中系數(shù)矩陣非奇異，為精確解，若向量是的一個(gè)近似解，殘向量，證明估計(jì)式：（假定所用矩陣范數(shù)與向量范數(shù)相容

8、）。八、(10分)設(shè)函數(shù)在區(qū)間上具有四階連續(xù)導(dǎo)數(shù)，試求滿足下列插值條件的一個(gè)次數(shù)不超過3的插值多項(xiàng)式，并導(dǎo)出其余項(xiàng)。012012-1133  九、(9分)設(shè)是區(qū)間上關(guān)于權(quán)函數(shù)的直交多項(xiàng)式序列，為的零點(diǎn)， 是以為基點(diǎn)的拉格朗日(Lagrange)插值基函數(shù)，為高斯型求積公式，證明：（1） （1）當(dāng)時(shí)， （2） （3）十、（選做題8分）若，互異，求的值，其中。數(shù)值計(jì)算方法試題三一、（24分）填空題(1) (1)       (2分)改變函數(shù) ()的形式，使計(jì)算結(jié)果較精確 。(2) (2)  

9、0;    (2分)若用二分法求方程在區(qū)間1,2內(nèi)的根，要求精確到第3位小數(shù)，則需要對(duì)分 次。(3) (3)       (2分)設(shè)，則 (4) (4)       (3分)設(shè)是3次樣條函數(shù)，則a= , b= , c= 。(5) (5)       (3分)若用復(fù)化梯形公式計(jì)算，要求誤差不超過，利用余項(xiàng)公式估計(jì)，至少用 個(gè)求積節(jié)點(diǎn)。(6) (6)   

10、60;   (6分)寫出求解方程組的Gauss-Seidel迭代公式 ，迭代矩陣為 ，此迭代法是否收斂 。(7) (7)       (4分)設(shè),則 ， 。(8) (8)       (2分)若用Euler法求解初值問題，為保證算法的絕對(duì)穩(wěn)定，則步長(zhǎng)h的取值范圍為 二. (64分)(1) (1)       (6分)寫出求方程在區(qū)間0,1的根的收斂的迭代公式，并證明其收斂性。(2) (2)

11、0;      (12分)以100,121,144為插值節(jié)點(diǎn)，用插值法計(jì)算的近似值，并利用余項(xiàng)估計(jì)誤差。(3) (3)       (10分)求在區(qū)間0,1上的1次最佳平方逼近多項(xiàng)式。(4) (4)       (10分)用復(fù)化Simpson公式計(jì)算積分的近似值，要求誤差限為。(5) (5)       (10分)用Gauss列主元消去法解方程組： (6) (6)&#

12、160;      (8分)求方程組 的最小二乘解。(7) (7)       (8分)已知常微分方程的初值問題： 用改進(jìn)的Euler方法計(jì)算的近似值，取步長(zhǎng)。三(12分，在下列5個(gè)題中至多選做3個(gè)題)(1) (1)       (6分)求一次數(shù)不超過4次的多項(xiàng)式p(x)滿足：，(2) (2)       (6分)構(gòu)造代數(shù)精度最高的如下形式的求積公式，并求出其代數(shù)精度

13、：(3) (3)       (6分)用冪法求矩陣的模最大的特征值及其相應(yīng)的單位特征向量，迭代至特征值的相鄰兩次的近似值的距離小于0.05，取特征向量的初始近似值為。(4) (4)       (6分)推導(dǎo)求解常微分方程初值問題 的形式為 ,i=1,2,N的公式，使其精度盡量高，其中, , i=0,1,N,(5) (5)       (6分)求出用差分方法求解常微分方程的邊值問題 所得到的三對(duì)角線性方程組。數(shù)值計(jì)算方

14、法試題三一、（24分）填空題(9) (1)       (2分)改變函數(shù) ()的形式，使計(jì)算結(jié)果較精確 。(10) (2)       (2分)若用二分法求方程在區(qū)間1,2內(nèi)的根，要求精確到第3位小數(shù)，則需要對(duì)分 次。(11) (3)       (2分)設(shè)，則 (12) (4)       (3分)設(shè)是3次樣條函數(shù)，則a= , b= , c= 。(13)

15、(5)       (3分)若用復(fù)化梯形公式計(jì)算，要求誤差不超過，利用余項(xiàng)公式估計(jì)，至少用 個(gè)求積節(jié)點(diǎn)。(14) (6)       (6分)寫出求解方程組的Gauss-Seidel迭代公式 ，迭代矩陣為 ，此迭代法是否收斂 。(15) (7)       (4分)設(shè),則 ， 。(16) (8)       (2分)若用Euler法求解初值問題，為保證算法的

16、絕對(duì)穩(wěn)定，則步長(zhǎng)h的取值范圍為 二. (64分)(8) (1)       (6分)寫出求方程在區(qū)間0,1的根的收斂的迭代公式，并證明其收斂性。(9) (2)       (12分)以100,121,144為插值節(jié)點(diǎn)，用插值法計(jì)算的近似值，并利用余項(xiàng)估計(jì)誤差。(10) (3)       (10分)求在區(qū)間0,1上的1次最佳平方逼近多項(xiàng)式。(11) (4)     &

17、#160; (10分)用復(fù)化Simpson公式計(jì)算積分的近似值，要求誤差限為。(12) (5)       (10分)用Gauss列主元消去法解方程組： (13) (6)       (8分)求方程組 的最小二乘解。(14) (7)       (8分)已知常微分方程的初值問題： 用改進(jìn)的Euler方法計(jì)算的近似值，取步長(zhǎng)。三(12分，在下列5個(gè)題中至多選做3個(gè)題)(6) (1)   &

18、#160;   (6分)求一次數(shù)不超過4次的多項(xiàng)式p(x)滿足：，(7) (2)       (6分)構(gòu)造代數(shù)精度最高的如下形式的求積公式，并求出其代數(shù)精度：(8) (3)       (6分)用冪法求矩陣的模最大的特征值及其相應(yīng)的單位特征向量，迭代至特征值的相鄰兩次的近似值的距離小于0.05，取特征向量的初始近似值為。(9) (4)       (6分)推導(dǎo)求解常微分方程初值問題 的形式為 ,i

19、=1,2,N的公式，使其精度盡量高，其中, , i=0,1,N,(10) (5)       (6分)求出用差分方法求解常微分方程的邊值問題 所得到的三對(duì)角線性方程組。數(shù)值計(jì)算方法試題一答案一、 一、填空題（每空1分，共17分）1、（ 10 ） 2、（） 3、=( 3 )，=（ 3 ），=（ 1 ）4、( 1 )、 ( )、( ) 5、 6 、 6、 9 7、 0 8、9、 2 10、（ ）、（ ）二、 二、選擇題（每題2分）1、（(2)） 2、（1） 3、（1） 4、（3）三、1、（8分）解： 解方程組 其中 解得： 所以 ， 2、

20、（15分）解：四、1、（15分）解：（1），故收斂；（2），故收斂；（3），故發(fā)散。選擇（1）：， ，Steffensen迭代：計(jì)算結(jié)果：， 有加速效果。2、（8分）解：Jacobi迭代法：Gauss-Seidel迭代法：， SOR迭代法：五、1、（15分）解：改進(jìn)的歐拉法：所以；經(jīng)典的四階龍格庫(kù)塔法：，所以。2、（8分）解：設(shè)為滿足條件的Hermite插值多項(xiàng)式，則 代入條件得：六、（下列2題任選一題，4分）1、解：將分布代入公式得：構(gòu)造Hermite插值多項(xiàng)式滿足其中則有：， 2、解：所以 主項(xiàng)： 該方法是二階的。數(shù)值計(jì)算方法試題二答案一、 一、判斷題：（共10分，每小題分） 1、（） 2

21、、（） 3、（ ） 4、（） 5、（ ） 6、（ ）7、（） 8、（ ）二、 二、填空題：（共10分，每小題2分） 1、0 2、_二_ 3、_二_4、_16 、90_5、6、 = 7、0三、 三、簡(jiǎn)答題：（15分）1、 1、  解：迭代函數(shù)為 2、 2、  答：Gauss消去法能進(jìn)行到底的條件是各步消元的主元素全不為0，如果在消元過程中發(fā)現(xiàn)某個(gè)主元素為0，即使，則消元過程將無(wú)法進(jìn)行；其次，即使主元素不為0，但若主元素的絕對(duì)值很小，用它作除數(shù)，將使該步消元的乘數(shù)絕對(duì)值很大，勢(shì)必造成舍入誤差的嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，以致于方程組解的精確程度受到嚴(yán)重影響，采用選主元的技術(shù)，可避免主元素=0或很

22、小的情況發(fā)生，從而不會(huì)使計(jì)算中斷或因誤差擴(kuò)大太大而使計(jì)算不穩(wěn)定。3、 3、  解：四、 四、解：顯然精確成立； 時(shí)，；時(shí)，；時(shí)，；時(shí)，；所以，其代數(shù)精確度為3。  五、 五、證明： 故對(duì)一切。又 所以，即序列是單調(diào)遞減有下界，從而迭代過程收斂。 六、 六、解：是。因?yàn)樵诨c(diǎn)1、2處的插值多項(xiàng)式為 。其代數(shù)精度為1。七、 七、證明：由題意知： 又 所以。八、解：設(shè) 所以由得：所以令，作輔助函數(shù)則在上也具有4階連續(xù)導(dǎo)數(shù)且至少有4個(gè)零點(diǎn)：反復(fù)利用羅爾定理可得：，所以 九、 九、證明：形如的高斯（Gauss）型求積公式具有最高代數(shù)精度2n+1次，它對(duì)取所有次數(shù)不超過2n+1次的多項(xiàng)式均精確成立1）2）因?yàn)槭莕次多項(xiàng)式，且有 所以()3）取，代入求積公式：因?yàn)槭?n次多項(xiàng)式， 所以 故結(jié)論成立。十、 十、解：數(shù)值計(jì)算方法試題三答案一.(24分)(1) (2分) (2) (2分) 10(3) (2分) (4) (3分) 3 -3 1 (5) (3分) 477(6) (6分) 收斂(7) (4分) 9 91 (8) (2分) h<0.2二. (64分)(1) (6分)，n=0,1,2, 對(duì)任意的初值,迭代公式都收斂。(2) (12分) 用Newton插值方法：差分表：1