Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Численные методы. Задание и указания.DOC
Скачиваний:
32
Добавлен:
01.02.2015
Размер:
790.02 Кб
Скачать

1. Объект изучения

Объектом изучения в ИДЗ по курсу «Численные методы в задачах механики» являются задачи, типичные для профессиональной деятельности, а также наиболее эффективные методы их решения. Для решения предлагаются задачи, представляющие основные разделы вычислительной математики. Эти задачи максимально просты, что позволяет решать их без математических сложностей и громоздких вычислений, сосредоточив основное внимание на принципиальных вопросах.

2. Цель выполнения индивидуального домашнего задания

Данное ИДЗ проводится с целью закрепления знаний, выработки умений и навыков применения численных методов решения задач механики. Выполнение настоящего ИДЗ – необходимый этап профессиональной подготовки специалиста.

3. Порядок выполнения

Задания ИДЗ выполняют в той очередности, в которой они включены в данное издание. Конкретные сроки выполнения назначает преподаватель.

Перед тем как приступить к работе над очередным заданием, необходимо изучить соответствующие разделы теории.

Решение каждой из задач ИДЗ обычно начинают на практическом занятии, где находят ответы на принципиальные вопросы и проводят часть вычислений. Дома студент выполняет оставшуюся вычислительную и оформительскую работу. Вычисления можно производить как на калькуляторе, так и на компьютере, с использованием удобной для исполнителя системы программирования.

ИДЗ оформляют на скрепленных листах и сдают на проверку преподавателю не позднее двух недель с момента получения задания. Правила оформления и сроки сдачи ИДЗ студентов заочной формы обучения определяются общими требованиями деканата. Работа оценивается по следующим основным параметрам: полнота и правильность выполнения задания; своевременность сдачи; аккуратность оформления.

4. Аппроксимация, интерполяция функций

Задача 1.Интерполировать таблично заданную функцию интерполяционным многочленом Ньютона для n = 3. Вычислить приближенное значение функции в контрольной точке . Оценить погрешность интерполяции двумя способами: 1) по последнему слагаемому многочлена; 2) в контрольной точке. Исходные данные приведены в приложении 1.

Указания к решению

  • вычисляются разделенные разности для соседних узлов - первые, вторые и третья;

  • числовые данные заносятся в таблицу вида

i

xi

y(xi)

y(xi,xi+1)

y(xi,xi+1,xi+2)

y(xi,xi+1,xi+2,xi+3)

y(xc)

Delta

0

1

2

3

x0

x1

x2

x3

y0

y1

y2

y3

y(x0,x1)

y(x1,x2)

y(x2,x3)

y(x0,x1,x2)

y(x1,x2,x3)

y(x0,x1,x2,x3)

y(xc)

y(xc)-yc

  • записывается интерполяционная формула Ньютона в точке в численной форме в виде суммы числового ряда;

  • оценивается практическая сходимость этого ряда;

  • оценивается погрешность интерполяции по абсолютной величине последнего слагаемого интерполяционного многочлена;

  • вычисляется значение интерполяционной формулы в контрольной точке;

  • оценивается погрешность интерполяции в контрольной точке как разность .

Задача 2.Записать интерполяционный полином Лагранжа для функции из задачи 1.

Задача 3.Интерполировать кубическим сплайном таблично заданную функцию из задачи 1. Вычислить приближенное значение функции в контрольной точке . Оценить погрешность интерполяции в контрольной точке.

Указания к решению

  • в таблицу вида

i

xi

y(xi)

hi

ci

di

bi

ai

y(xc)

Delta

0

x0

y0

y(xc)

y(xc)-yc

1

x1

y1

h1

0

d1

b1

a1

2

x2

y2

h2

c2

d2

b2

a2

3

x3

y3

h3

c3

d3

b3

a3

заносятся исходные данные для функции , а также вычисленные длины шагов сетки hi, коэффициенты ai, c1 и c4 сплайна;

  • записывается и решается система алгебраических уравнения для коэффициентов c1 и c2, значения которых записываются в таблицу;

  • вычисляются и заносятся в таблицу коэффициенты di и bi сплайна;

  • вычисляется значение интерполяционного сплайна в контрольной точке;

  • оценивается погрешность интерполяции в контрольной точке как разность .

Задача 4.Аппроксимировать таблично заданную функцию из задачи 1 методом наименьших квадратов для n = 4. Изобразить графически таблично заданную функцию и ее аппроксимацию. Оценить среднее квадратичное уклонение и максимальное уклонение.

Указания к решению

  • выбираются аппроксимирующими базисными функциями степенные функции ;

  • задается аппроксимирующая функция с одной (N=1) базисной функцией: ;

  • вычисляются коэффициенты алгебраического уравнения и вычисляется коэффициент аппроксимации a1; здесь и далее весовая функция принимается единичной;

  • изображается графически функция (точками) и аппроксимирующая функция (линией) на одном графике;

  • вычисляется среднее квадратичное уклонение аппроксимации и ее максимальное уклонение ; на этом аппроксимация с одной базисной функцией завершена;

  • задается аппроксимирующая функция с двумя (N=2) базисными функциями: ;

  • вычисляются коэффициенты системы двух алгебраических уравнений , (m=1,2) и, решив ее, вычислить коэффициенты аппроксимации an;

  • на прежнем графике изображается аппроксимирующая функция ;

  • вычисляется среднее квадратичное уклонение аппроксимации и ее максимальное уклонение ; на этом аппроксимация с двумя базисными функциями завершена;

  • сравниваются погрешности аппроксимации с одной и с двумя базисными функциями, делаются выводы.