Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебник по вычматан и решение

.pdf
Скачиваний:
77
Добавлен:
06.02.2015
Размер:
617.55 Кб
Скачать

 

Вариант 9

 

 

080116

 

 

080601

1) X =

 

cd

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

0,6384(±0,0002)

 

 

c

 

0,7568(±0,0002)

 

 

 

d

 

21,7(±0,02)

 

32,7(±0,04)

 

 

b

 

2,65(±0,01)

 

4,88(±0,03)

2) X =

 

3 a b

 

 

 

 

 

 

 

m(n a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

10,82(±0,03)

 

9,37(±0,004)

 

 

b

 

2,786(±0,0006)

 

3,108(±0,0003)

 

 

m

 

0, 28(±0,006)

 

0, 46(±0,002)

 

 

n

 

14,7(±0,06)

 

15, 2(±0,04)

3) X =

 

p( p a)( p b)( p c) , где

p =

a +b +c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

10,5

 

 

h

 

46,3

 

 

 

 

D

 

29,72

 

 

34,18

 

 

d

 

37,654

 

 

27,327

 

 

 

 

 

080601

Вариант 10

 

080116

 

 

1) X =

 

Qe3

 

 

 

 

 

 

 

48E

 

 

 

 

38,5(±0,01)

 

 

Q

 

54,8(±0,02)

 

 

 

e

 

 

2,45(±0,01)

 

3,35(±0,02)

 

 

E

 

 

0,863(±0,004)

 

0,734(±0,001)

2)X = (2n 1)2 (x + y)

xy

 

n

 

 

2,0435(±0,0001)

4,5681(±0,0001)

 

x

 

 

4, 2(±0,05)

6,3(±0,02)

 

y

 

 

0,82(±0,01)

0, 42(±0,03)

3) X =

αb βa

β(ab βa)

 

 

b2

b2 (b + β)

 

 

 

 

 

α

 

 

5,27

7,31

 

β

 

 

0,0562

0,0761

 

 

 

 

 

234,36

 

a

 

 

158,35

 

b

 

 

61,21

81,26

11

Пример выполнения задания

Задача 1

1. Определить, какое равенство точнее 911 = 0,818 или 18 = 4, 24 ?

Решение. Находим значения данных выражений с бóльшим числом десятич-

ных знаков: a1 = 9 11 = 0,8181818..., a2 = 18 = 4, 2426... .

Затем вычисляем предельные

абсолютные погрешности, округляя их с избытком:

 

 

αa1

=

 

0,81818 0,818

 

0, 00019 , αa2 =

 

4, 2426 4, 24

 

0,0027 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предельные относительные погрешности составляют

 

 

 

 

δa

 

=

αa1

=

0,00019

= 0,00024 = 0,024% ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a1

 

 

0,818

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δa

 

=

αa2

 

=

0,0027

= 0,00064 = 0,064% .

 

 

 

 

 

 

2

 

a1

 

4, 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как δa

<δa

, то равенство 9 11 = 0,818 является более точным.

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Округлить сомнительные цифры числа 72,353(±0,026) , оставив верные зна-

ки в узком смысле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Пусть 72,353(±0, 026)= a .

Согласно условию, погрешность

αa = 0,026 < 0,05 ; это означает, что в числе 72,353 верными в узком смысле являют-

ся цифры 7, 2, 3. По правилам округления найдем приближенное значение числа, сохранив десятые доли:

a1 = 72, 4 ; αa1 =αa +∆окр = 0,026 +0,047 = 0,073.

Полученная погрешность больше 0,05; значит, нужно уменьшить число цифр в приближенном числе до двух:

a2 = 72 ; αa2 =αa +∆окр = 0,026 +0,353 = 0,379 .

Так как αa2 < 0,5 , то обе оставшиеся цифры верны в узком смысле.

Округлить сомнительные цифры числа 2,3544; δ = 0, 2% , оставив верные знаки

в широком смысле.

Решение. Пусть a = 2,3544 ; δa = 0, 2% ; тогда αa = a δa = 0,00471. В данном числе

верными в широком смысле являются три цифры, поэтому округляем его, сохраняя эти три цифры:

a1 = 2,35 ; αa1 = 0,0044 +0,00471 = 0,00911 < 0,01.

Значит, в округленном числе 2,35 все три цифры верны в широком смысле.

3. Найти предельные абсолютные и относительные погрешности числа 0,4357, если они имеют только верные цифры в узком смысле.

Решение. Так как все четыре цифры числа a = 0, 4357 верны в узком смысле, то абсолютная погрешность αa = 0,00005 , а относительная погрешность

δa =1 (2 4 103 )= 0,000125 = 0,0125% . 12

Найти предельные абсолютные и относительные погрешности числа 12,384, если они имеют только верные цифры в широком смысле.

Решение. Так как все пять цифр числа a =12,384 верны в широком смысле, то

αa = 0,001, δa =1104 = 0,0001 = 0,01% .

Задача 2

1. Вычислить и определить погрешности результата.

X = m2n3 , где m = 28,3(±0,02)

, n = 7, 45(±0,01)

, k = 0,678(±0,003) .

k

 

 

 

Решение. Находим m2 =800,9 ; n3 = 413,5 ;

k = 0,8234 ;

 

X =

800,9 413,5 = 402200 = 4,022

105 .

Далее имеем

0,8234

 

 

 

 

 

δm = 0,02 28,3 = 0,00071, δn = 0,01 7, 45 = 0,00135 , δk

= 0,003 0,678 = 0,00443 ,

откуда

 

 

 

δX = 2δm +3δn +0,5δk = 0,00142 +0,00405 +0,00222 = 0,00769 = 0,77% ,

αX = 4,02 105 0,0077 = 3,1 103 .

2.Вычислить и определить погрешности результата.

N =

(n 1)(m +n)

, где n = 3,0567(±0,0001) ,

m = 5,72(±0,02) .

 

(m n)2

 

 

Решение. Имеем

 

 

n 1 = 2,0567(±0,0001) , m +n = 3,057(±0,0004) +5,72(±0,02) =8,777(±0,0204) ,

 

 

m n = 5,72(±0,02) 3,057(±0,0004) = 2,663(±0,0204) .

 

 

N = 2,0567 8,777 = 2,0567 8,777 = 2,545 2,55 ;

 

 

2,6632

7,092

δN = 2,0,05670001 + 0,8,0204777 +2 0,2,0204663 = 0,000049 +0,00233 +2 0,00766 =

=0,00238 +0,1532 = 0,0177 =1,77%

αN = 2,55 0,0177 = 0,046 .

3.Вычислить, пользуясь правилами подсчета цифр.

V =πh2 R

h

 

, где h =11,8 , R = 23,67 .

3

 

 

 

Решение. Находим

V= 3,142 11,82 (23,67 3,933)= 3,142 11,82 19,737 =

=3,142 139, 2 19,737 = 437,37 19,737 =8630 8,63 103

13

Задание 2. ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ

Задача 1

Используя интерполяционную формулу Ньютона, вычислить значение функции y при данных значениях аргумента x . При составлении таблицы разностей контролировать вычисления. Для решения задачи использовать первый и второй столбцы таблицы со значениями.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

y

 

y1

 

 

1,415

 

0,888551

 

0,888

 

 

1,420

 

0,889599

 

0,889

 

 

1,425

 

0,890637

 

0,890

 

 

1,430

 

0,891667

 

0,891

 

 

1,435

 

0,892687

 

0,893

 

 

1,440

 

0,893698

 

0,894

 

 

1,445

 

0,894700

 

0,895

 

 

1,450

 

0,895693

 

0,896

 

 

1,455

 

0,896677

 

0,896

 

 

1,460

 

0,897653

 

0,897

Вариант 1.

 

1,465

 

0,898619

 

0,898

x1 =1, 4161, x2

=1, 4625, x3 =1, 4135, x4

=1, 470 .

Вариант 9.

x1 =1, 4179, x2

=1, 4633, x3 =1, 4124, x4

=1, 4655.

Вариант 17. x1 =1, 4263, x2 =1, 4575, x3 =1, 410, x4

=1, 4662 .

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

y

 

y1

 

 

0,101

 

1,26183

 

1,26

 

 

0,106

 

1,27644

 

1,28

 

 

0,111

 

1,29122

 

1,29

 

 

0,116

 

1,30617

 

1,31

 

 

0,121

 

1,32130

 

1,32

 

 

0,126

 

1,33660

 

1,34

 

 

0,131

 

1,35207

 

1,35

 

 

0,136

 

1,36773

 

1,37

 

 

0,141

 

1,38357

 

1,38

 

 

0,146

 

1,39959

 

1,40

Вариант 2.

 

0,151

 

1,41579

 

1,42

x1 = 0,1026, x2

= 0,1440, x3 = 0,099, x4

= 0,161.

Вариант 10. x1 = 0,1035, x2

= 0,1492, x3 = 0,096, x4 = 0,153 .

Вариант 18. x1 = 0,1074, x2

= 0,1485, x3 = 0,1006, x4 = 0,156 .

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

y1

 

 

0,15

 

0,860708

 

0,86

 

 

0,20

 

0,818731

 

0,82

 

 

0,25

 

0,778801

 

0,78

 

 

0,30

 

0,740818

 

0,74

 

 

0,35

 

0,704688

 

0,70

 

 

0,40

 

0,670320

 

0,67

 

 

0,45

 

0,637628

 

0,64

 

 

0,50

 

0,606531

 

0,61

 

 

0,55

 

0,576950

 

0,58

 

 

0,60

 

0,548812

 

0,55

 

 

0,65

 

0,522046

 

0,52

 

 

0,70

 

0,496585

 

0,50

 

 

0,75

 

0,4722367

 

0,47

Вариант 3.

x1 = 0,1511, x2 = 0,7250, x3 = 0,1430, x4 = 0,80 .

Вариант 11. x1 = 0,1535, x2

= 0,7333, x3 = 0,100, x4

= 0,7540 .

Вариант 19. x1 = 0,1525, x2

= 0,6730, x3 = 0,1455, x4

= 0,85 .

 

 

 

 

 

Таблица 4

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

y1

 

 

0,180

 

5,61543

 

5,62

 

 

0,185

 

5,46693

 

5,47

 

 

0,190

 

5,32634

 

5,33

 

 

0,195

 

5,19304

 

5,20

 

 

0,200

 

5,06649

 

5,07

 

 

0,205

 

4,94619

 

4,95

 

 

0,210

 

4,83170

 

4,83

 

 

0,215

 

4,72261

 

4,72

 

 

0,220

 

4,61855

 

4,62

 

 

0,225

 

4,51919

 

4,52

 

 

0,230

 

4,42422

 

4,42

 

 

0,235

 

4,33337

 

4,33

Вариант 4.

x1 = 0,1817, x2 = 0, 2275, x3 = 0,175, x4 = 0, 2375 .

Вариант 12. x1 = 0,1827, x2

= 0, 2292, x3 = 0,1776, x4

= 0, 240 .

Вариант 20. x1 = 0,1873, x2

= 0, 2326, x3 = 0,1783, x4

= 0, 245 .

15

 

 

Таблица 5

 

 

 

x

y

y1

3,50

33,1154

33

3,55

34,8133

34

3,60

36,5982

37

3,65

38,4747

38

3,70

40,4473

40

3,75

42,5211

43

3,80

44,7012

45

3,85

46,9931

47

3,90

49,4012

49

3,95

51,9354

52

4,00

54,5982

55

4,05

57,3975

57

4,10

60,3403

60

4,15

63,4340

63

4,20

66,6863

67

Вариант 5. x1 = 3,522, x2 = 4,176, x3 = 3, 475, x4

= 4, 25.

Вариант 13. x1 = 3,543, x2

= 4,184, x3 = 3, 488, x4 = 4,30 .

Вариант 21. x1 = 3,575, x2

= 4,142, x3 = 3, 45, x4

= 4, 204 .

 

 

 

 

Таблица 6

 

 

 

 

 

 

x

 

y

y1

 

0,115

8,65729

8,66

 

0,120

8,29329

8,29

 

0,125

7,95829

7,96

 

0,130

7,64893

7,65

 

0,135

7,36235

7,36

 

0,140

7,09613

7,07

 

0,145

6,84815

6,85

 

0,150

6,61659

6,62

 

0,155

6,39986

6,40

 

0,160

6,19658

6,20

 

0,165

6,00551

6,01

 

0,170

5,82558

5,83

 

0,175

5,65583

5,64

 

0,180

5,49943

5,50

Вариант 6. x1 = 0,1217, x2 = 0,1736, x3 = 0,1141, x4 = 0,185 . Вариант 14. x1 = 0,1168, x2 = 0,1745, x3 = 0,110, x4 = 0,1825 . Вариант 22. x1 = 0,1175, x2 = 0,1773, x3 = 0,1134, x4 = 0,190 .

16

 

 

 

 

 

Таблица 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

y1

 

 

1,340

4,25562

 

4,26

 

 

1,345

4,35325

 

4,35

 

 

1,350

4,45522

 

4,46

 

 

1,355

4,56184

 

4,56

 

 

1,360

4,67344

 

4,67

 

 

1,365

4,79038

 

4,79

 

 

1,370

4,91306

 

4,91

 

 

1,375

5,04192

 

5,04

 

 

1,380

5,17744

 

5,18

 

 

1,385

5,32016

 

5,32

 

 

1,390

5,47069

 

5,47

 

 

1,395

5,62068

 

5,62

Вариант 7.

x1 =1,3463, x2 =1,3868, x3 =1,335, x4 =1,3990 .

Вариант 15. x1 =1,3617, x2

=1,3921, x3 =1,3359, x4

=1, 400 .

Вариант 23. x1 =1,3432, x2

=1,3936, x3 =1,3365, x4

=1,3975 .

 

 

 

 

 

Таблица 8

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

y1

 

 

0,01

 

0,991824

 

0,99

 

 

0,06

 

0,951935

 

0,95

 

 

0,11

 

0,913650

 

0,92

 

 

0,16

 

0,876905

 

0,88

 

 

0,21

 

0,841638

 

0,84

 

 

0,26

 

0,807789

 

0,81

 

 

0,31

 

0,775301

 

0,78

 

 

0,36

 

0,744120

 

0,74

 

 

0,41

 

0,714193

 

0,71

 

 

0,46

 

0,685470

 

0,69

 

 

0,51

 

0,657902

 

0,66

 

 

0,56

 

0,631442

 

0,63

Вариант 8.

x1 = 0,027, x2 = 0,525, x3 = 0,008, x4 = 0,61.

Вариант 16. x1 = 0,1243, x2

= 0, 492, x3 = 0,0094, x4

= 0,66 .

Вариант 24. x1 = 0,083, x2 = 0,5454, x3 = 0,0075, x4

= 0,573 .

17

Пример решения задачи

Определить значения функции y(x)

при следующих значениях аргумента

x1 =1, 2273 , x2 =1, 253 , x3 =1, 210 , x4 =1, 2638 .

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

1,215

 

0,106044

 

 

1,220

 

0,113276

 

 

1,225

 

0,119671

 

 

1,230

 

0,125324

 

 

1,235

 

0,130328

 

 

1,240

 

0,134776

 

 

1,245

 

0,138759

 

 

1,250

 

0,142367

 

 

1,255

 

0,145688

 

 

1,260

 

0,148809

 

Решение. Составим таблицу конечных разностей. Для контроля вычислений добавим к ней две строки: в строке запишем суммы элементов столбцов конечных разностей, а в строке P – разности крайних значений столбцов.

x

y

y

2 y

3 y

i

i

i

i

i

1,215

0,106044

0,007232

–0,000837

0,000095

1,220

0,113276

0,006395

–0,000742

0,000093

1,225

0,119671

0,005653

–0,000649

0,000093

1,230

0,125324

0,005004

–0,000556

0,000091

1,235

0,130328

0,004448

–0,000465

0,000090

1,240

0,134776

0,003983

–0,000375

0,000088

1,245

0,138759

0,003608

–0,000287

0,000087

1,250

0,142367

0,003321

–0,000200

1,255

0,145688

0,003121

1,260

0,148809

0,042765

–0,004111

0,000637

P

0,042765

–0,004111

0,000637

При составлении таблицы разностей ограничиваемся разностями третьего порядка, т.к. они практически постоянны. Для вычисления значений функции при x1 =1, 2273 и x3 =1, 210 воспользуемся формулой Ньютона для интерполирования

вперед:

 

 

y(x) y0

+qy0

+ q(q 1)

2 y0

+ q(q 1)(q 2)

3 y0 ,

 

(x x0 )

 

 

2!

 

3!

 

где q =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

1. Если x =1, 2273 , то примем x =1, 225 , тогда q = 1, 2273 1, 225 = 0, 46 ,

 

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

0,005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(1, 2273) 0,119671+0, 46 0,005653 + 0, 46 (0,54) (0,000649) +

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

+ 0, 46 (0,54) (1,54) 0,000093 = 0,119671+0,0026004 +0,0000806 +0,0000059 =

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

= 0,1223579 0,122358

 

 

 

 

 

2. Если x

=1, 210 , то примем x

 

=1, 215 , тогда q = 1, 210 1, 215 = −1,

 

 

 

 

3

0

 

 

 

0,005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(1, 210) 0,106044 +(1) 0,007232 + (1) (2)

(0,000837) +

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

+ (1) (2) (3) 0,000095 = 0,097880

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

Для вычисления значений функции при x2 =1, 253

и x4 =1, 2638 воспользуемся

формулой Ньютона для интерполирования назад:

 

 

 

 

 

 

y(x) yn +qyn1 + q(q +1) 2 yn2 + q(q +1)(q +2) 3 yn3 ,

 

(x xn )

 

 

 

 

 

 

2!

 

3!

где q =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

=1, 255 , тогда q = 1, 253 1, 255 = −0, 4 ,

3.

Если x

 

=1, 253 , то примем x

 

2

 

 

n

 

 

 

 

0,0005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(1, 253) 0,145688 +(0, 4) 0,003321+

(0, 4) 0,6

(0,000287) +

 

 

 

 

(0, 4) 0,6 1,6

 

 

2

 

 

 

+

0,000088 = 0,145688 0,0013284 +0,0000344 0,0000056 =

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

= 0,1443884 0,144388.

 

 

 

 

 

4. Если x

 

=1, 2638 , то примем x

 

=1, 260 , тогда q = 1, 2638 0, 260 0,76 ,

 

4

 

 

 

n

 

 

 

 

0,005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(1, 2638)

0,148809 +0,76 0,003121+ 0,76 1,76 (0,00020) +

 

 

 

0,76 1,76 2,76 0,000087

 

2

 

 

 

+

= 0,148809 +0,0023720 0,0001338 +0,0000535 =

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

= 0,1511007 0,151101.

 

 

 

 

 

19

Задача 2

Используя стандартные функции MATLAB (метод наименьших квадратов) выполнить интерполяцию функции y1 (x) , заданной первым и третьим столбцами

таблицы, многочленами степени 2 и 5. В отчете привести текст программы, осуществляющей интерполяцию и выведенные на одном графике функции (заданную табличным образом в виде точек и два интерполяционных многочлена). Интерполяционные многочлены после вывода графика на печать подписать.

Функции MATLAB, необходимые для выполнения задания

P=polyfit(x,y,d) – функция находит коэффициенты многочлена Pd (x) степени d , такого, что P(xi ) yi по методу наименьших квадратов.

YY=polyval(P,x) – вычисляет значения многочлена P(x) в каждой точке xi .

20