
- •Розділ 1 наближення чисел
- •Чисельні методи розв’язування задач обчислювальної математики
- •Абсолютна і відносна похибки. Причини виникнення похибок
- •Похибки арифметичних дій
- •Доведення
- •Доведення
- •Загальна похибка для формули
- •Розділ 2 наближені розв’язки рівнянь та їх систем
- •Ітераційні методи розв’язування рівнянь. Принцип стискуючих відображень в метричному просторі.
- •Відокремлення коренів рівняння з однією змінною
- •Метод поділу відрізка пополам (метод дихотомії)
- •Доведення
- •Уточнення коренів рівняння методом хорд (метод пропорційних відрізків)
- •Доведення
- •Доведення
- •Метод простої ітерації для рівняння з однією змінною
- •Доведення
- •Метод Гауса
- •Ітераційний метод зейделя
- •Достатні умови збіжності ітераційних процесів
- •Доведення
- •Оцінка похибки наближень процесу ітерації.
- •Метод квадратних коренів
- •1 Етап: прямий хід.
- •Методи розв’язування нелінійних систем
- •Розділ 3
- •Постановка задачі інтерполяції
- •Коефіцієнти лагранжа. Оцінка похибки інтерполяції.
- •Cкінченні різниці
- •Доведення
- •Узагальнена степінь
- •При всіх умовах попереднього параграфа многочлен будемо шукати у вигляді: .(1)
- •Диференціювання функцій інтерпольованих многочленами ньютона.
- •Задача чисельного інтегрування функції. Формули прямокутників.
- •Використаємо розклад в ряд Тейлора функції f(X) в точці :
- •Квадратурні формули ньютона-котеса.
- •Формули трапеції.
- •Квадратурні формули сімпсона
- •Кусково-кубічна сплайн інтерполяція.
- •Деякі відомості про різницеві рівняння. Означення: Різницевим рівнянням називається рівняння відносно функції дискретної змінної.
- •Наближення функцій в лінійному нормованому просторі. Умови існування та єдності елемента найкращого наближення.
- •Середньоквадратичне наближення функцій.
- •N. 2 дискретне середньоквадратичне наближення.
- •N.3 середньоквадратичне наближення тригонометричними многочленами.
- •Найкраще рівномірне наближення. Теорема чебишева
- •Доведення
- •Теорема веєрштраса
- •Доведення
- •Доведення Леми
- •Доведення Теореми
- •§22. Тригонометричні многочлени найкращого наближення.
- •§23. Побудова алгебраїчних многочленів найкращого наближення.
- •Розділ 4
- •§1. Метод Ейлера.
- •§2. Модифікації методу Ейлера.
- •§3. Методи Рунге-Кутта.
- •§4. Метод Адамса
- •§5. Метод скінчених різниць для граничної задачі, для лінійного диференціального рівняння другого порядку з змінними коефіцієнтами.
- •§6. Метод прогонки розв’язування крайових задач для звичайних диференціальних рівнянь другого порядку.
При всіх умовах попереднього параграфа многочлен будемо шукати у вигляді: .(1)
Поклавши
в (1)
,
будемо мати:
.(2)
Взявши різницю
і поклавши
:
,
.(3)
Взявши другу різницю і підставивши
,
отримаємо:
,
(4)
і т. д.
Підставимо знайдені коефіцієнти в рівність (1):
-
друга інтерполяційна формула Ньютона.
Позначимо:
,
,
.
Тому
.
Зауваження: другу інтерполяційну формулу Ньютона зручно використовувати для інтерполяції та екстраполяції функції у випадку, коли близьке до .
Для
оцінки похибки використовують формулу:
.
Наприклад:
маючи таблицю значень функції
в межах від
до
з кроком
знайти значення
,
.
-
0.2588
0.0832
-0.0026
-0.0006
0.3420
0.0800. 0.0806
-0.0032
-0.0006
0.4226
0.0774
-0.0038
-0.0006
0.5
0.0736
-0.0044
-0.0006
0.5736
0.0692
-0.0049
-0.0006
0.6428
0.0643
-0.0054
-0.0005
0.7071
0.0589
-0.0057
0.7660
0.0532
0.8192
.
.
§8
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ЧИСЕЛЬНОГО ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ ФУНКЦІЇ.
Якщо
функція f(x)
задана таблично або складним аналітичним
виразом, то для знаходження її похідних
використовують чисельне диференціювання.
Для цього на
,
який поділений на частини точками
будують інтерполяційну функцію
,
а далі вважають, що
,
…,
при
цьому похибка
,
.
Якщо
в околі деякої точки
виконується
,
то це не означає, що
.
Операція наближеного диференціювання менш точна ніж інтерпуляція.
Менше
наближення чим більш співпадають
дотичні. Невелика різниця
між значеннями f(x)
і g(x)
в точці
, зовсім не гарантує такоїж невеликої
різниці між значеннями похідних цих
функцій.
§9
Диференціювання функцій інтерпольованих многочленами ньютона.
Нехай
нескінченно-диференційовна на
функція
задана своїми значеннями в точках
,
.
Замінимо цю функцію на
першим інтерполяційним поліномом
Ньютона:
Врахувавши, що похідна:
Зауваження: за слід вибирати вузол інтерполяції, який знаходиться найближче до точки , в якій шукаємо похідну.
Якщо
потрібно знайти похідну в вузлі
інтерполяції, тоді
,
.
§10
ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ ФУНКЦІЙ ІНТЕРПОЛЬОВАНИХ МНОГОЧЛЕНАМИ ЛАГРАНЖА.
Залишимо
в силі умови попереднього параграфа.
Замінимо функцію
інтерполяційним многочленом:
,
поділимо кожну дужку на
і домножимо на
.
тоді
,
,
підставимо
.
Тоді
.
Похибка у випадку многочлена Лагранжа
рівна:
,
.
У
випадку, коли
,
тоді
.
Зауваження:
часто похибка, яка виникає при обчисленні
похідних може набагато перевищувати
похибку задання самої функції(навіть
може зростати до
).
Наприклад:
§11