资源描述
计算方法公式总结
绪论
绝对误差 ,为准确值,为近似值。
绝对误差限 ,ε为正数,称为绝对误差限
相对误差 通常用表示相对误差
相对误差限或
有效数字
一元函数y=f(x)
绝对误差
相对误差
二元函数y=f(x1,x2)
绝对误差
相对误差
机器数系
注:1. β≥2,且通常取2、4、6、8
2. n为计算机字长
3. 指数p称为阶码(指数),有固定上下限L、U
4. 尾数部 ,定位部
5. 机器数个数
机器数误差限
舍入绝对 截断绝对
舍入相对 截断相对
秦九韶算法
方程求根
,,为f(x)=0的m重根。
二分法
迭代法
k=0、1、2……
为迭代序列,为迭代函数,
局部收敛
注:如果知道近似值,可以用近似值代替根应用定理3判断是否局部收敛
牛顿迭代法
注:牛顿迭代对单根重根均局部收敛,只要初值足够靠近真值。
牛顿迭代法对初值要求很高,要保证初值在较大范围内也收敛,加如下四个条件
注:证明牛顿迭代法大范围收敛性,要构造一个区间[ε,M(ε)],其中,在这个区间内验证这四个条件。
如果知道根的位置,构造[ε,M(ε)]时应该包括根,即ε+常数
线性方程组求解
有两种方法:消去法和迭代法
高斯消去法
利用线性代数中初等行变换将增广矩阵转化为等价上三角矩阵。
注意:第一行第一列为0,将第一列不为0的某一行与第一行交换位置,继续初等行变换。
对角占优矩阵
则称A为按行严格对角占优矩阵
则称A为按列严格对角占优矩阵
则称A是对称正定的。
当A是上面三种情况时,用高斯消去法消元时,不用换行。
追赶法是高斯消元法的一种特例
列主元高斯消元法
当,即第k次消元把k~n行第k列绝对值最大的行(s行)调到第k行,再进行高斯消元。
迭代序列构造
第三个等式为迭代序列,B为迭代矩阵。
迭代收敛判别
充分条件:迭代矩阵范数小于1,
结论:Ax=b有唯一解x*
充要条件:迭代矩阵谱半径小于1,
Jacobi迭代法
其中(low)为下三角,为上三角,为对角线元素
迭代格式:
迭代矩阵
收敛性判据:
求出最大值小于1(J的谱半径小于1)即迭代格式收敛.
Gauss-Seidel迭代法
迭代格式
迭代矩阵:
常数矩阵:
收敛性判据:
求出最大值小于1(G的谱半径小于1)即迭代格式收敛.
结论:当A是严格对角占优的,则Jacobi和Gauss-Seidal迭代法均是收敛的
插值法
用插值多项式p(x)代替被插函数f(x)
插值多项式:,
n+1个点
插值区间:,插值点满足
求插值多项式P(x),即求多项式系数的过程为插值法
带入可知求系数的插值点行列式为范德蒙行列式,不为0,有唯一解。即n+1插值条件对应的不超过n次的插值函数P(x)只有一个。
一次线性插值
Lagrange插值多项式
插值余项
非插值节点上Lagrange插值多项式为被插函数f(x)的近似值
带导数插值条件的余项估计
注:推导过程用罗尔中值定理构造辅助函数
第二条性质用于可以证明阶数不大于n的f(x)的插值余项为0.
差商和Newton插值法
记忆方法:先记分母,最后一个减去第一个,对应的分子第一项是最后一个临近 k元素的差商,第二项是第一个临近k个元素的差商。
牛顿插值多项式
通常记作Nn(x)
分段样条插值
分段二次样条插值
讨论n为奇偶情况时的三个点
余项估计式
三次样条插值函数
第一类边界条件(端点一阶导数已知)
D0等于第一个式子,dn等于第二个式子
自然边界条件(端点二阶导数已知 二阶导数和M0,Mn=0)
曲线拟合
最小二乘原理
函数关于n个点线性无关
注:线性无关的函数为才是最小二乘多项式
注:记住公式即可。
数值积分和数值微分
为求积节点,为求积系数。
插值求积公式
梯形公式
Simpson公式
Cotes公式
截断误差
代数精度
当f(x)为不超过m次多项式时上式成立,f(x)为m+1多项式时上式不成立。则称为求积公式有m次代数精度。
梯形公式代数精度为1,Simpson公式代数精度为3,Cotes公式代数精度为5
截断误差
梯形公式
Simpson公式
Cotes公式
Gauss求积公式
求积公式代数精度为2n+1
[-1,1]上的两点Gauss公式(3次代数精度)
[-1,1]上的三点Gauss公式(5次代数精度)
记住,的关系,查表即可
复化梯形公式2阶,复化Simpson公式4阶,复化Cote公式6阶
计算机通过不断把区间二分,所得前后两次积分差值满足精度条件即可
给定精度ε,时
因而可以取为的近似值。
梯形
Simpson
数值微分
数值微分截断误差
中点公式:
常微分方程数值解法
Euler方法
欧拉公式(单步显式公式)求出的近似解
局部截断误差
Euler公式的局部截断误差(一阶精度)
后退Euler公式
梯形公式(二阶精度)
改进Euler公式(二阶精度)
截断误差(推导要求掌握,利用梯形和Euler公式的截断误差 )
展开阅读全文