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

Вопросы к экзаменам / Решение уравнений средствами Excel

.pdf
Скачиваний:
153
Добавлен:
21.03.2015
Размер:
292 Кб
Скачать
☆

Решение уравнений средствами Excel

 

Содержание

 

1.

Графический способ решения нелинейных уравнений ...............................

2

2.

Подбор параметра............................................................................................

3

3.

Поиск решения.................................................................................................

4

4.

Решение систем линейных уравнений методом Крамера............................

6

5.

Решение систем линейных матричным способом........................................

7

6.

Варианты заданий............................................................................................

8

7.

Решить систему уравнений.............................................................................

9

2

1. Графический способ решения нелинейных уравнений

Возьмем в качестве примера квадратное уравнение х2-5х+6=0. Для нахождения корней уравнения выполним следующие действия:

1.В ячейках А2:А22 введём значение аргумента x в диапазоне от 1,5

до 3,5 с шагом 0,1, то есть A2=1.5, A3=A2+0.1 и т. д. A22=A21+0.1, а

значение функции в ячейках B2:B10 – B2=A2^2-5*A2+6 и т. д.

2.Используя Мастер диаграмм, тип диаграммы – точечная построим кривую функции y(x)=х2-5х+6, точки пересечения графика функции с осью абсцисс будет решением уравнения: x1=2, x2=3 (Рис.1).

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

-0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

-0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1

3

2. Подбор параметра

Когда желаемый результат вычислений по формуле известен, но неизвестны значения, необходимые для получения этого результата, можно воспользоваться средством Подбор параметра, выбрав команду Подбор параметра в меню Сервис. При подборе параметра Excel изменяет значение в одной конкретной ячейке до тех пор, пока вычисления по формуле, ссылающейся на эту ячейку, не дадут нужного результата.

Возьмем в качестве примера все то же квадратное уравнение х2-5х+6=0. Для нахождения корней уравнения выполним следующие действия:

Рис. 2. Окно диалога Подбор параметра

∙В ячейку С3 (рис. 2) введем формулу для вычисления значения функции, стоящей в уравнении слева от знака равенства. В качестве аргумента используем ссылку на ячейку С2, т.е. =С2^2-5*C2+6.

∙В окне диалога Подбор параметра (рис. 2) в поле Установить в ячейке

введем ссылку на ячейку с формулой, в поле Значение - ожидаемый результат, в поле Изменяя значения ячейки - ссылку на ячейку, в

которой будет храниться значение подбираемого параметра (содержимое этой ячейки не может быть формулой).

∙После нажатия на кнопку Ok Excel выведет окно диалога Результат подбора параметра. Если подобранное значение необходимо сохранить, то нажмите на Оk, и результат будет сохранен в ячейке, заданной ранее в поле Изменяя значения ячейки. Для восстановления значения, которое было в ячейке С2 до использования команды Подбор параметра, нажмите кнопку Отмена.

4

3. Поиск решения

Команда Подбор параметра является удобной для решения задач поиска определенного целевого значения, зависящего от одного неизвестного параметра. Для более сложных задач следует использовать команду Поиск решения (Решатель), доступ к которой реализован через пункт меню

Сервис/Поиск решения.

Рассмотрим, как воспользоваться Поиском решения на примере того же квадратного уравнения.

Рис. 3. Окно диалога Поиск решения

После открытия диалога Поиск решения (рис. 3) необходимо выполнить следующие действия:

1)в поле Установить целевую ячейку ввести адрес ячейки, содержащей формулу для вычисления значений оптимизируемой функции, в нашем

примере целевая ячейка - это С4, а формула в ней имеет вид: = C3^2 - 5*C3 + 6;

2)для ввода значения целевой ячейки, установить переключатель значению в положение 0;

3)в поле Изменяя ячейки ввести адреса изменяемых ячеек, т.е. аргументов целевой функции ($С$3) (или щелкая мышью при нажатой клавише Сtrl на соответствующих ячейках), для автоматического

поиска всех влияющих на решение ячеек используется кнопка

Предположить;

5

4)в поле Ограничения с помощью кнопки Добавить ввести все ограничения, которым должен отвечать результат поиска: для нашего примера ограничений задавать не нужно;

5)для запуска процесса поиска решения нажать кнопку Выполнить.

Рис. 4. Результаты поиска

Для сохранения полученного решения необходимо использовать переключатель Сохранить найденное решение в открывшемся окне диалога Результаты поиска решения. После чего рабочий лист примет вид, представленный на рис. 4. Полученное решение зависит от выбора начального приближения, которое задается в ячейке С4 (аргумент функции). Если в качестве начального приближения в ячейку С4 ввести значение, равное 1,0, то с помощью Поиска решения найдем второй корень, равный 2,0.

6

4. Решение систем линейных уравнений методом Крамера

Решение систем линейных уравнений рассмотрим на примере системы трёх линейных уравнений

ì

x + 3y + 5z = 4

 

 

 

ï

7 x + 8 y + 9z = 2

 

 

 

í

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

î2x + 5 y + 6 z = -3

 

 

 

 

 

 

1

3

5

 

 

 

 

Тогда главный определитель будет равен =

 

7

8

9

= 26

 

 

 

2

5

6

 

Дополнительные определители:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

3

5

 

 

 

1

4

5

 

 

 

1

3

4

 

 

 

 

 

 

 

x =

 

2

8

9

= 65 ,

y =

 

7

2

9

= -182 ,

z =

 

7

8

2

= 117 .

 

 

- 3 5

6

 

 

 

2

- 3 6

 

 

 

2

5

- 3

 

Решения системы уравнений будет определяться следующими соотношениями:

x = x = 2,5 ; y = y = -7 ; z = z = 4,5 .

Для решения системы линейных уравнений в табличном процессоре MS Excel запишем главный определитель в ячейки A2:C4, дополнительные

– x в ячейки A6:C8, y – A10:C12, z – A14:C16. Тогда определители можно найти с помощью функции МОПРЕД:

F2 =МОПРЕД(A2:C4);

F3=МОПРЕД(A6:C8);

F4=МОПРЕД(A10:C12)

F5=МОПРЕД(A14:C12)

Решение системы уравнений будет равно:

x=F3/F2;

y=F4/F2;

z=F5/F2.

7

5. Решение систем линейных матричным способом

Воспользуемся предыдущей системой линейных уравнений:

ì x + 3y + 5z = 4 ïí 7 x + 8 y + 9z = 2

ïî2x + 5 y + 6 z = -3

Данную систему линейных уравнений можно записать в матричной форме:

æ1

3 5

ö

 

æ x ö

æ

4 ö

ç

7

8

9

÷

,

ç

÷

ç

5

÷

A× X = B , где A = ç

÷

X = ç y÷

, B = ç

÷.

ç

2

5

6

÷

 

ç

÷

ç

- 3

÷

è

ø

 

è z ø

è

ø

Решение будем искать из уравнения вида:

X = A−1 × B , где A−1 – обратная матрица матрице A.

Для системы в Excel запишем коэффициентов при неизвестных в ячейках B2:D4, матрицу столбец – F2:F4 (рис. 5).

Рис. 5

Тогда с помощью функции =МОБР(B2:D4) можно найти обратную матрицу A−1 , для чего:

1.В ячейке B6 введите функцию МОБР(B2:D4).

2.Выделите диапазон ячеек B6:D8.

3.Нажмите клавишу F2.

4.Нажмите комбинацию клавиш Shift+Ctrl+Enter.

Для нахождения решения системы уравнений надо перемножить матрицу A−1 на матрицу-столбец B . Для этого:

1.В ячейке F6 введите функцию =МУМНОЖ(B6:D8;F2:F4).

2.Выделите диапазон ячеек F6:F8.

3.Нажмите клавишу F2.

4.Нажмите комбинацию клавиш Shift+Ctrl+Enter.

8

6. Варианты заданий

№

 

 

f(x)

 

 

 

 

 

№

 

 

 

f(x)

варианта

 

 

 

 

 

 

 

варианта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

ex−1 - x3 - x

 

 

 

 

 

9

0.25x3 + x - 2

 

x Î [0,1]

 

 

 

 

 

x Î [0, 2 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 − x2

 

 

x -

 

 

 

 

 

 

arccos

 

 

− x

2

3 + sin( 3.6 x )

 

 

 

10

1 + x2

 

 

x Î [0,1]

 

 

 

 

 

 

 

 

x [ 2,3 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x − 4ln x − 5

3

arccos x -

 

1-0.3x3

11

x Î[0,1]

 

 

 

 

 

 

 

x Î [ 2, 4 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ex

- e− x - 2

4

 

1-0.4x2 - arcsin x

12

x Î[0,1]

 

 

 

 

 

 

 

x Î [0,1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x -14 + ex - e− x

 

 

 

 

 

 

 

- tg x

5

 

 

 

13

 

1- x

 

x Î[1,3]

 

 

 

 

 

 

 

x Î[0,1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1− x + sin x − ln(1+ x )

6

 

2x2

+ 1,2 - cos x - 1

14

x Î [0,1]

 

 

 

 

 

 

 

x Î[0, 2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ 2

ö

 

æ 1

ö

+

1

 

x5

- x -0,2

7

cosç

÷ - 2 sinç

÷

x

15

 

è x

ø

 

 

è x

ø

 

 

xÎ[1, 2]

 

x Î [1, 2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

0.1x2 - x ln x

 

 

 

 

16

x + 0,5 = e− x 2

 

x

Î [1, 2 ]

 

 

 

 

 

x Î [0,1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Решить систему уравнений.

 

 

 

 

ì 2x1 - x2 - x3 = 4

 

ì x1 + 4x2 − x3 = 2

 

1.

ï

 

 

+ 4x2

- 2x3 = -1

2.

ï

+ 2x2 + 2x3 = 1

í3x1

í3x1

 

ï

3x1

- 2x2

+ 4x3 = 11

 

ï

+ 4x2 - 2x3 = 5

 

î

 

î6x1

 

ìx1 + 3x2 + 2x3 − 4 = 0

 

ì x1 − x2 + 2x3 = 11

3.

ï

 

+ 6x2 + x3 - 2 = 0

4.

ï

+ 2x2 - x3 = 11

í2x1

í x1

 

ï

 

+ 8x2 - x3 - 2 = 0

 

ï

- 3x2 - 3x3 = 24

 

î4x1

 

î4x1

 

ìx1 + 2x2 + 4x3 = 31

 

ì x1 + x2 + 2x3 = −1

5.

ï

 

+ x2 + 2x3 = 29

6.

ï

- x2 + 2x3 = -4

í5x1

í2x1

 

ï

 

 

- x2 + x3 = 10

 

ï

+ x2 + 4x3 = -2

 

î 3x1

 

î4x1

 

ì x1 − 3x2 − 4x3 = 4

 

ìx1 + 2x2 + 3x3 = 2

 

7.

ï

 

+ x2 - 3x3 = -1

8.

ï

+ x2 + 2x3 = 3

 

í2x1

í3x1

 

 

ï

 

- 2x2

+ x3 = 11

 

ï

+ 3x2 + x3 = 1

 

 

î3x1

 

î2x1

 

 

ì 3x1 + 2x2 + 4x3 = 6

 

 

ìx1 + 2x2 + 3x3 = 5

 

9.

ï

4x1

- 3x2

- 8x3

= 6

10.

ï

+ x2 + 2x3

= 6

 

í

í3x1

 

 

ï

 

 

+ 10x2

+ 8x3

= -8

 

 

ï

 

 

 

 

= 1

 

 

î2x1

 

 

î2x1 + 3x2 + x3

 

 

ì- x1 + 3x2 + 2x3 = 6

 

 

ì 2x1 - x2 + x3 = 2

 

ï

2x1 + 8x2 + x3 = 3

12.

ï

 

+ 2x2 + 2x3

= -2

11. í

í3x1

 

 

ï

x1

+ x2

+ 2x3 = 6

 

 

ï

2x2 + 7x3 = 17

 

î

 

 

î

 

 

ì

 

2x1 - x2 = -1

 

 

ì x1 − x2 + 2x3 = 11

13.

ï

 

 

+ x2

+ 2x3 = 6

14.

ï

 

 

 

 

= 11

í3x1

í x1 + 2x2 - x3

 

 

ï

 

 

+ 3x2 + x3 = 1

 

 

ï4x

- 3x

 

- 3x

 

= 24

 

 

î2x1

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

1

 

 

 

 

 

 

ì x1 − 3x2 − 4x3 = 4

 

 

ì 3x1 + 2x2 + 4x3 = 6

15.

ï

 

 

+ x2

- 3x3 = -1

16.

ï

 

 

 

 

 

 

= 6

í2x1

í 4x1 - 3x2 - 8x3

 

 

ï

3x1

- 2x2 + x3

= 11

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

= -8

 

 

î

 

 

î2x1 + 10x2 + 8x3

 

 

ì 2x1 − x

2 − x3 = 4

 

 

ì x1 + 4x2 − x3 = 2

17.

ï

 

 

+ 4x2 - 2x3 = 11

18.

ï

 

 

 

 

 

 

 

í3x1

í3x1 + 2x2 + 2x3 = 1

 

 

ï

 

 

- 2x2 + 4x3 = 11

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î3x1

 

 

î6x1 + 4x2 - 2x3 = 5

 

 

ìx1 + 2x2 + 4x3 = 31

 

 

ìx1 + 2x2 + 3x3 = 2

19.

ï

 

 

+ x2 + 2x3 = 29

20.

ï

 

 

 

 

= 3

í5x1

í3x1 + x2 + 2x3

 

 

ï

3x1 - x2

+ x3 = 10

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

î2x1 + 3x2 + x3 = 1

 

 

 

 

10

 

 

 

 

ìx1 + 2x2 + 3x3 = 5

 

ìx1 + 3x2 + 2x3 − 4 = 0

21.

ï

+ x2 + 2x3

= 6

22.

ï

+ 6x2

+ x3 - 2 = 0

í3x1

í2x1

 

ï

+ 3x2 + x3

= 1

 

ï

+ 8x2

- x3 - 2 = 0

 

î2x1

 

î4x1

ì x1 + x2 + 2x3 = −1

23.ïí2x1 - x2 + 2x3 = -4 ïî4x1 + x2 + 4x3 = -2

Соседние файлы в папке Вопросы к экзаменам