- •Введение
- •5.1. Метод Эйлера (Метод Рунге-Кутта 1-го порядка)
- •5.3. Метод Рунге-Кутта 3 порядка
- •5.4. Метод Рунге-Кутта 4-го порядка
- •7.1. Методы одномерной оптимизации
- •7.3. Метод локализации экстремума
- •7.4. Метод золотого сечения
- •7.5. Метод Фибоначчи
- •8. МЕТОДЫ МНОГОМЕРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
- •8.1. Метод градиента
- •Лабораторная работа № 1
- •Лабораторная работа № 2
- •Лабораторная работа № 3
- •Лабораторная работа № 4
- •Лабораторная работа № 5
- •Лабораторная работа № 6
- •Лабораторная работа № 7
- •Лабораторная работа № 8
- •Лабораторная работа № 9
- •Библиографический список
Лабораторная работа № 1
Метод простых итераций для решения систем линейных уравнений
Цель работы. Изучить метод простых итераций для решения систем линейных уравнений (СЛУ) и реализовать его в приложении для автоматизации решения задач.
Задание 1. Уточнить решение СЛУ с точностью ε=0,0001 методом простых итераций:
8x1 0,2x2 0,4x3 4;
0,2x1 4x2 0,2x3 5;0,2x1 0,2x2 4x3 1.
Порядок выполнения работы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
||
|
|
1. Приводим систему к эквивалентному виду |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
x1 0,025x2 0,05x3 0,5; |
|
|
|
И |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
||||||
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
0,05x1 0,05x3 1,25; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
x |
0,05x |
0,05x |
2 |
0,25. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2. Выбираем начальное при лижение: x1 0,5, |
x2 1,25, x3 0,25. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
3. Для нахождения решения используем таблицу: |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
х1 |
х2 |
|
С |
|
б(k) (k 1) |
|
|
(k) |
(k 1) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
х3 |
|
|
|
) | |
|
) | |
|
|
|
|
|||||||
|
0 |
0,5 |
|
1,25 |
|
0,25 |
|
| x1 |
x1 |
|
| x2 |
x2 |
| x3 |
(k) x3(k 1) )| |
|
|
||||
|
|
0,45625 |
1,239688 |
0,334797 |
|
|
|
0,04375 |
|
|
0,010312 |
|
0,084797 |
|
|
|||||
|
2 |
0,452268 |
1,244126 |
0,33482 |
|
|
|
0,003982 |
|
|
0,004439 |
|
2,28E− 05 |
|
|
|||||
|
3 |
0,452156 |
1,244133 |
0,334814 |
|
|
|
0,000112 |
|
|
6,75E− 06 |
|
5,27E− 06 |
|
|
|||||
|
4 |
0,452156 |
1,244133 |
0,334814 |
|
|
9,47E− 08 |
|
|
2,68E− 07 |
|
8,67E− 09 |
|
|
||||||
|
… |
… |
|
… |
|
… |
|
|
|
|
… |
|
|
… |
|
… |
|
|
||
|
9 |
0,452156 |
1,244133 |
0,334814 |
|
|
5,55E− 17 |
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|||||
|
10 |
0,452156 |
1,244133 |
0,334814 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 2. Написать приложение на VBA для решения системы линейных уравнений:
43
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Вариант № 1 |
|
|
|
|
|
|
А |
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
Найти приближенные решения систем линейных уравнений методом |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
простой итерации с точностью ε = 10−5: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
9x |
x |
|
6x 8; |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
4x |
|
|
0,5x |
2 |
|
|
0,5x |
|
4; |
||||
1) |
9x 29x |
2 |
10x 9; 2) |
|
|
14x |
|
|
|
7x |
|
|
, |
3) |
|
|
0,5x |
|
|
2; |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
x |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
2; |
|
2x |
2 |
3 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
10x2 25x3 5, |
|
б |
|
8x3 1 |
|
|
|
|
|
0,2x2 x3 1. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
7x1 |
|
3x1 |
2x2 |
|
|
|
0,3x1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Вариант № 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Найти приближенные решения систем линейных уравнений методом |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
простой итерации с точностью ε=10−5: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
18x1 10x2 3x3 10; |
9x |
|
x |
x |
|
|
|
1; |
|
8x1 0,1x2 0,1x3 1; |
|||||||||||||||||||||||||||||||
1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
16x |
|
|
|
5x |
|
8; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
9x |
|
2 |
|
|
|
2x1 8x2 |
|
x3 |
1; |
|
|
0,2x1 |
4x2 |
|
0,1x3 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1; |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
4x2 20x3 |
4, |
|
|
|
|
14x3 3, |
|
|
|
|
|
|
10x3 |
|
3. |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
9x1 |
|
4x2 |
|
|
0,4x2 |
|
|
|
Вариант № 3
Найти приближенные решения систем линейных уравнений методом простой итерации с точностью ε=10−5:
44
|
15x1 3x2 |
7x3 |
6; |
4x1 x2 2x3 1; |
|
x |
0,1x |
2 |
0,2x |
1; |
||||||||||
1) |
5x 10x 5x 9; 2) |
3x 5x x 2; |
3) |
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||
|
|
4x |
|
0,5x |
|
|||||||||||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
0,3x |
|
2 |
|
|
2; |
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
|
||||||||
|
|
3x2 10x3 |
9, |
|
4x2 |
16x3 1. |
|
|
|
0,4x2 |
10x3 1. |
|||||||||
|
5x1 |
2x1 |
|
0,2x1 |
Контрольные вопросы
1.Что означает понятие «уточнить решение»?
2.Как привести систему линейных уравнений к эквивалентному виду?
3.Как выбирать начальное решение для метода простой итерации?
4.Какова последовательность решения в методе простых итераций?
5.Какой критерий завершения вычислений?
Лабораторная работа № 2
Метод Зейделя для решения систем линейных уравнений
Цель работы. Изучить метод Зейделя для решения систем линейных уравнений и реализовать его в приложении для автоматизации решения за-
дач. |
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
ε = 0,0001 |
методом |
Задание 1. Уточнить решение СЛУ с точностью |
|||||||||||
Зейделя: |
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4x1 0,16x2 0,08x3 16; |
А |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,6x1 3x2 0,09x3 6; |
|
|
|
|
|
||||||
0,2x 0,6x |
2 |
2x 12.б |
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Порядок выполнения работы |
|
|
||||
1. Приводим систему к эквивалентному виду |
|
|
|||||||||
|
|
С |
|
|
|
|
|
||||
x1 0,04x2 0,02x3 4; |
|
|
|
|
|
||||||
|
0,2x1 0,03x3 2; |
|
|
|
|
|
|||||
x2 |
|
|
|
|
|
||||||
x |
0,1x |
0,3x |
2 |
6. |
|
|
|
|
|
||
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Выбираем начальное приближение: x1 4, x2 2, x3 6.
3.Для нахождения решения используем таблицу:
45
|
х1 |
х2 |
х3 |
|
|
|
0 |
4 |
2 |
−6 |
| x1(k) x1(k 1) ) | |
| x2(k) x2(k 1) ) | |
| x3(k) x3(k 1) )| |
1 |
4,2 |
1,38 |
− 6,2 |
0,2 |
0,62 |
0,2 |
2 |
4,1792 |
1,346 |
−5,994 |
0,0208 |
0,034 |
0,206 |
3 |
4,17372 |
1,34398 |
−5,98588 |
0,00548 |
0,00202 |
0,00812 |
4 |
4,173477 |
1,344832 |
−5,98582 |
0,0002432 |
0,0008524 |
5,8E− 05 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
16 |
4,173517 |
1,34488 |
−5,98611 |
0 |
3,11E− 15 |
2,66E− 15 |
17 |
4,173517 |
1,34488 |
−5,98611 |
0 |
0 |
8,88E− 16 |
18 |
4,173517 |
1,34488 |
−5,98611 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
|
Д |
||
Задание 2. Написать приложение на VBA для решения системы ли- |
||||||
нейных уравнений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
46
Вариант № 1
Найти приближенные решения систем линейных уравнений методом простой итерации, с точностью ε = 0,005:
8x1 5x2 |
x3 2; |
11x1 x2 x3 2; |
9x1 0,1x2 0,1x3 2; |
|||
1) 2x1 16x2 5x3 |
2; |
2) x1 13x2 4x3 |
3; 3) |
0,1x1 8x2 |
0,4x3 3; |
|
|
14x3 |
5, |
|
0, |
|
4x3 0. |
3x1 7x2 |
4x1 3x2 11x3 |
0,4x1 0,3x2 |
Вариант № 2
Найти приближенные решения систем линейных уравнений методом простой итерации с точностью ε = 0,005:
|
10x1 3x2 2x3 |
4; |
15x1 4x2 |
4x3 |
5; |
|
7x1 |
0,4x2 |
0,1x3 5; |
|||||||||||||||
1) x1 11x2 |
|
|
|
|
|
2) x1 7x2 |
|
|
|
И |
|
|
|
|||||||||||
9x3 |
|
3; |
3x3 |
4; 3) |
0,5x1 x2 |
0,2x3 |
5; |
|||||||||||||||||
|
|
|
5x2 |
18x3 |
8, |
|
|
4x3 2, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
8x1 |
x1 |
Д |
0,2x1 0,1x2 5x3 5. |
||||||||||||||||||||
|
|
Вариант № 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Найти приближенные решения систем линейных уравнений методом |
||||||||||||||||||||||
простой итерации с точностью ε = 0,005: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
11x1 9x2 x3 |
|
5; |
|
б |
|
|
7x1 0,4x2 |
0,4x3 |
5; |
||||||||||||||
|
|
12x1 4x2 |
x3 5; |
|||||||||||||||||||||
1) |
8x |
21x |
2 |
4x |
4; |
2) 5x |
|
8xА2x 5; |
3) 0,1x 3x |
2 |
0,3x |
4; |
||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
1 |
3 |
||||
|
6x |
3x |
|
11x |
|
3, |
2x |
x |
9x |
5, |
0,1x |
3x |
2. |
|
||||||||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
С |
|
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Контрольные вопросыи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
1. |
Чем отличается метод Зейделя от метода простой итерации? |
|
||||||||||||||||||||
|
|
2. |
Какое условие сходимости в методе Зейделя? |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
3. |
Как выбирать начальное решение для метода Зейделя? |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
4. |
Какова последовательность построения эквивалентной системы в |
|||||||||||||||||||||
методе Зейделя? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
5. |
Как можно увеличить точность полученного решения? |
|
|
47