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计算方法公式.doc

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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 )
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