Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Численные методы. методические указания к лабораторным работам для студентов специальности Проектирование авиационных и ракетных двигателей. Ряжских А.В., Соболева Е.А.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
379 Кб
Скачать
☆

22.

X

6.0

 

6.5

 

7.0

7.5

6.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

1.35

 

0.775

 

1.79

0.862

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.

X

 

5.0

 

5.5

 

6.0

6.5

5.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

0.667

 

0.589

 

0.922

0.993

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24.

X

 

6.0

 

 

6.5

 

 

7.0

 

7.5

7.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

0.840

 

0.517

 

1.94

 

1.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №2. Дана таблица значений функции Y = f (X ). Используя метод

наименьших квадратов, подобрать для заданных значений X и Y I) линейную функцию Y = A0 + A1X ;

II) квадратичную функцию Y = A0 + A1X + A2X 2 .

Построить графики этих функций и данные точки. Найти значения функции в точке X.

Варианты заданий взять из Задача №1. (стр. )

3. ЧИСЛЕННОЕ ИНТЕГРИРОВАНИЕ

Задача №1. Вычислить интеграл по формуле левых и правых прямоугольников при n = 4 и n =10. Оценить погрешность результата, вычислив интеграл аналитически.

Задача №2. Вычислить интеграл по формуле трапеций при n =6 и n =10. Оценить погрешность результата, вычислив интеграл аналитически. Задача №3. Вычислить интеграл по формуле Симпсона при n = 4 и n =8 . Оценить погрешность результата, вычислив интеграл аналитически.

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2

 

 

 

e

x

 

 

 

1.

∫3(x2 + x ex2 )dx

2.

∫arctg

xdx

3. ∫

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

1−e

2 x

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e ln2 x

 

 

 

 

 

e3

 

 

dx

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

 

 

 

4.

 

 

 

 

5.

∫

 

 

 

 

 

 

 

∫

x2

 

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

∫0

 

 

 

 

cos2

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1+lnx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

∫

 

 

 

 

 

 

 

8.

∫

 

x −1

dx

9. ∫x arctgxdx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 − x

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫1 arctgxdx

 

0

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

10. ∫(5x −10)e−2 x dx

11.

12.

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ x +2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12x5dx

14.

(x2 −1)e2x+1dx

 

5 (lnx +1)4

 

13.

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

x

6

+1

 

 

 

−

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

17.

12

 

dx

18.

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)e

 

 

 

 

 

 

dx

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

∫(1− x

2

2−x

16. ∫sin3xdx

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 + x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19.

5

 

7x5dx

 

20.

∫2 (5− x2 )e−3x dx

21. ln∫2

 

 

 

 

ex

 

 

 

dx

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x6 +1

 

 

1−e2 x

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

dx

 

1

 

 

 

 

 

 

e3

 

 

 

 

 

 

3dx

 

 

 

 

 

 

 

22.

∫

 

 

 

23.

∫2x arctgxdx.

24.

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

9x2 −16

 

 

 

1+lnx

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. СИСТЕМА ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ

Найти решение системы алгебраических уравнений тремя способами:

1)методом Гаусса (прямой метод);

2)методом простой итерации;

3)методом Гаусса-Зейделя.

Требуемая точность для итерационных методов составляет ε = 0.05. Для каждого метода сделать проверку.

0.66x1 +0.44x2 +0.22x3 = −0.58

 

0.72x1 +3.54x2 +7.28x3 = 0.33

1. 1.54x1 +0.74x2 +1.54x3 = −0.32

 

2. −0.28x1 −0.72x2 +3.04x3 = 0.22

 

 

 

1.42x1 +1.42x2 +0.86x3 = 0.83

 

1.00x1 +0.35x2 −0.75x3 =1.12

0.45x1 −0.94x2 −0.15x3 = −0.15

 

1.02x1 −0.73x2 −9.11x3 = −1.25

3. −0.01x1 +0.34x2 +0.06x3 = 0.31

 

4. 6.25x1 +2.32x2 +7.62x3 = 2.32

 

 

 

−0.35x1 +0.05x2 +0.65x3 = 0.37

 

1.13x1 −8.88x2 +4.64x3 = −3.75

0.78x1 −0.02x2 −0.12x3 = 0.56

 

0.34x1 +0.71x2 +0.63x3 = 2.08

5. 0.02x1 −0.86x2 +0.04x3 = 0.77

 

6. 0.71x1 −0.65x2 −0.17x3 = 0.18

 

 

 

0.12x1 +0.44x2 −0.72x3 =1.01

 

1.18x1 −2.35x2 +0.75x3 =1.28

 

9

0.21x1 −0.18x2 +0.75x3 = 0.11

0.92x1 −0.83x2 +0.62x3 = 2.15

7. 0.13x1 +0.75x2 −0.11x3 = 2.01

8. 0.24x1 −0.54x2 +0.43x3 = 0.62

3.01x −0.33x

2

+0.11x = 0.13

0.73x

−0.81x

2

−0.67x = 0.88

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

1

 

 

 

 

3

0.63x1 +0.05x2 +0.15x3 = 0.34

 

0.62x1 +0.92x2 +0.03x3 = −0.82

9. 0.15x1 +0.10x2 +0.71x3 = 0.42

10.

0.99x1 +0.01x2 +0.07x3 = 0.66

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−0.02x2

+0.99x3 = −0.98

0.03x1 +0.34x2 +0.10x3 = 0.32

 

1.01x1

 

−0.20x1 +1.60x2 −0.10x3 = 0.30

 

0.10x1 −0.07x2 −0.96x3 = −2.04

11. −0.30x1 +0.10x2 −1.50x3 = 0.40

12. 0.04x1 −0.99x2 −0.85x3 = −3.73

 

 

 

−0.20x2

+0.30x3 = −0.60

 

 

 

 

+1.04x2

+0.19x3 = −1.67

 

1.20x1

 

0.91x1

 

0.30x1 +1.20x2 −0.20x3 = −0.60

 

0.62x1 +0.84x2 +0.77x3 = −8.18

13. −0.10x1 −0.20x2 +1.60x3 = 0.30

14. 0.03x1 −1.11x2 −1.08x3 = 0.08

 

0.50x

+0.34x

2

+0.10x = 0.32

 

0.97x

+0.02x

2

−1.08x = 0.06

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

3

 

0.13x1 −0.14x2 −2.00x3 = 0.15

 

0.21x1 −0.94x2 −0.94x3 = −0.25

15.

0.75x1 +0.18x2 +0.77x3 = 0.11

16. 0.98x1 −0.19x2 +0.93x3 = 0.23

 

0.28x −0.17x

2

+0.39x = 0.12

 

0.87x +0.56x

2

−0.14x = 0.33

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

3

 

0.98x1 +0.88x2 −0.24x3 =1.36

 

0.20x1 +0.44x2 +0.81x3 = 0.74

17. 0.16x1 −0.44x2 −0.88x3 = −1.27

18.

0.58x1 +0.29x2 +0.05x3 = 0.02

 

9.74x

−10x

2

+

1.74x = −5.31

 

0.05x

+0.34x

2

+0.10x = 0.32

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

3

 

0.20x1 +0.44x2 +0.81x3 = 0.74

 

0.63x1 −0.37x2 +1.76x3 = −9.29

19.

0.58x1 +0.29x2 +0.05x3 = 0.02

20. 0.90x1 +0.99x2 +0.05x3 = 0.12

 

0.05x +0.34x

2

+0.10x = 0.32

 

0.13x −0.95x

2

+0.69x = 0.69

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

3

 

0.9x1 +2.7x2 −3.9x3 = 2.41

 

7.6x1 +5.8x2 +4.7x3 =10.01

21.

2.51x1 +5.86x2 −0.5x3 = 3.96

22. 3.8x1 +4.1x2 +2.7x3 = 9.7

 

4.45x

−2.57x

2

+3.9x = −1.28

 

2.9x

+2.1x

2

+3.89x = 7.37

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

1

 

 

 

 

3

 

−3.3x1 +2.1x2 −4.3x3 = −0.21

 

5.4x1 −2.46x2 +3.9x3 =5.51

23.

4x1 −3.2x2 +5x3 = 6

24. 2.57x1 +6.28x2 −1.3x3 = 4.45

 

2x +1.23x

2

+3.5x = −1.2

 

2.71x −0.76x

2

+1.59x = −3.57

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

3

10

5. НЕЛИНЕЙНЫЕ УРАВНЕНИЯ

Найти решение нелинейного уравнения 3 методами с точностью ε =10−3 : 1) метод деления отрезка пополам; 2) метод Ньютона (касательных); 3) метод хорд.

Корни отделить с помощью теоремы Коши или графически

1. t2 −sin (t )= 45

 

2. −x5 = 2x +5

 

 

 

 

3. 2x −ln x =5

 

 

4. x3 −2x2 −4x +7= 0

5. x2 −cos2 πx = 0

 

6. 3x3 = x4

 

+3x2 −12

7. ex −6x −3+ tgx = 0, x [–π,π]

8. 2x2 = x4 −8x3 +16x −3

9.

 

 

 

 

−1/ x = 0

 

10. x3 −3x2 =10

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

11. 3x −cosx −1= 0

 

12. x3 −2x2 −4x +7= 0

13. 2ex =5x +2

 

 

14. x3 −6x2 = −20

 

 

15. x4 −5x3 −4x2 −3x +12= 0

16. x2 cos2x = −1

 

 

 

17. 2x2 = x4 −8x3 +16x −3

 

18. 5 = x2 −2x

 

 

 

 

19. ex+1 + x +

1

 

= 0

 

20. (x +1)5 +3x +

26 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

21.

 

 

x3

 

1

 

 

 

−

x

 

 

 

x

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

− x +

2

= 0

 

22. e

 

2 −

 

 

−

 

= 0.

 

 

8

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

11

 

 

 

 

 

 

2 −

 

−2x

+ 1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.

−

 

 

24. ln

−

 

 

 

−

 

−

 

= 0

 

 

 

2

 

2

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. СИСТЕМЫ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ

Найти решение системы методом Ньютона с точностью ε =10−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

sin(x +1)− y =1.2

2. sin x +2 y = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

sin(x −1)=1.3− y

 

 

 

2x +cosy = 2

cos(y −1)+ x = 0.7

 

 

 

 

 

 

x −sin(y +1)= 0.8

 

 

4. cos(y −1)+ x = 0.8

5. cos(x −1)+ y = 0.5

 

 

 

 

6.

cosx + y =1.5

 

 

 

y −cosx = 2

x +cosy = 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x −sin(y −0.5)=1

 

11

7. cos(x −1)+ y = 0.8

8. cos(y −1)+ x = 0.9

9. cos(y +0.5)+ x = 0.8

x −cosy = 2

y −cosx = 2

sinx −2y =1.6

10.

sin(x +0.5)− y =1.2

11. 2y −cos(x −1)= 0

12.

sin(x +0.6)− y = 0.5

 

x +cos(y −2)= 0

x +sin y = −0.4

 

cos(x −2)+ y = 0

13.

sin(y −1)+ x =1.3

14. sin(y +1)− x =1.2

15.

sinx +2y =1.6

 

y +sin(x +1)= 0.8

2y +cosx = 2

 

x +cos(y −1)=1

16. cos(x −1)+ y =1

17. 2x −cos(y +1)= 0

18.

cos(x +0.5)+ y =1

 

2x +sin y =1.6

y +sin x = −0.4

 

sin y −2x = 2

19.

cos(x +0.5)− y = 2

20. cos(y +0.5)− x = 2

21. cos(y −1)+ x = 0.5

 

sin y −2x =1

sinx −2y =1

 

y +cosx = 3

22.

cosx + y =1.2

23. sin(x +0.5)− y =1

24.

sin(x −1)+ y =1.5

 

2x −sin (y −0.5)= 2

x +cos(y −2)= 0

 

x −sin(y +1)=1

 

7. ЗАДАЧА КОШИ ДЛЯ ОБЫКНОВЕННОГО

 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ

Задача №1.

Получить численное решение дифференциального уравнения

y′= f (x,y),

удовлетворяющее заданному начальному условию y(x0 )= y0 на

отрезке [a,b] методом Эйлера для h и h/2. Сравнить результаты с аналитическим решением.

Задача №2.

Получить численное решение дифференциального уравнения

y′= f (x,y),

удовлетворяющее заданному начальному условию y(x0 )= y0 на

отрезке [a,b] усовершенствованным методом Эйлера для h и h/2. Сравнить результаты с аналитическим решением.

Задача №3.

Получить численное решение дифференциального уравнения

y′= f (x,y),

удовлетворяющее заданному начальному условию y(x0 )= y0 на

отрезке [a,b] методом Рунге-Кутта 4-го порядка для h и h/2. Сравнить результаты с аналитическим решением.

1.

y′+

2 y2x

 

= 0,

y (0)=1,

x [0,5]

2.

y′= −yx + x,

y (0)= 2,

x [0,5]

x2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

′

=

(y

2

 

−

1)x,

y (1)

=

2, x

 

[1,3]

4.

y

′

=

y

,

y 1

=1, x 1,2

 

x

2y y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

[

]

12