- •1.Источники и классификация погрешностей. Неустранимая и вычислительная погрешность.
- •2. Постановка задачи интерполирования. Существование и единственность обобщенного интерполяционного многочлена.
- •3. Интерполяционный многочлен Лагранжа.
- •4. Схема Эйткина
- •5. Остаточный член интерполяционного многочлена Лагранжа.
- •6. Минимиз. Оценки остаточного члена интерпол. Мн-на.
- •7. Разделенные разности и интерполяционная формула Ньютона с разделенными разностями.
- •8. Конечные разности и интерполяционные формулы Ньютона с конечными разностями.
- •9. Составление таблиц.
- •10. Сходимость интерполяционного процесса
- •11.Общая задача интерполирования алгебраическими многочленами. Интерполяционный многочлен Эрмита с узлами кратности 2.
- •13 . Оптимизация шага при численном диф-нии
- •14. Интерполяционные квадратурные формулы
- •15. Квадратурные формулы Ньютона-Котеса
- •16. Простейшие квадрат ф-лы н-Кот. И оценка их погрешности.
- •17. Составные квадратурные формулы средних прямоугольников, трапеций, парабол и оценка их погрешности
- •18. Квадратурные формулы Гаусса
- •20. Метод наименьших квадратов.
- •22.Обобщённые мног-ны наилучших среднеквадратических приближений.
- •24. Многочлены наилучших равномерных приближений. Примеры.
- •25. Наилучшие приближения в линейном нормированном пространстве.
- •26. Интерполяционные сплайны.
- •27. Существование и единственность кубического сплайна.
- •28.Краткие сведения о нормах векторов и матриц.
- •29. Обусловленность линейных алгебраических систем.
- •30. Метод Гаусса решения системы линейных ур-ний.
- •31. - Разложение квадратных матриц.
- •32. Разложение симметричных матриц. Метод квадр. Корней решения лин. Алг.Систем
- •34. Принцип сжимающих отображений в метрическом пространстве.
- •35. Метод простой итерации решения лин. Алг. Систем и усл. Его сходимости.
- •36. Метод Якоби решения линейных алгебраических систем
- •37. Метод Зейделя решения лин. Алг. Систем.
- •38. Метод покоординатного спуска решения линейных алгебраических систем.
- •39. Метод скорейшего спуска решения линейных алгебраических систем
- •40. Степенной метод решения частичной проблемы собственных значений.
- •41. Метод Данилевского раскрытия характеристического уравнения
- •42. Метод вращений решения полной проблемы собственных значений.
- •43. Метод бисекции и простой итерации решения уравнений с одним неизвестным.
- •44. Методы хорд и касательных как частные случаи метода простой итерации.
- •45. Методы локализации корней алгебраического уравнения.
- •46. Метод Лобачевского решения алгебраических уравнений.
- •47. Методы простой итерации и Зейделя решения системы нелинейных уравнений.
- •48. Метод Ньютона и аналоги метода Зейделя решения системы нелинейных уравнений.
- •49. Классификация численных методов решения задачи Коши. Методы Эйлера, трапеций и к-э.
- •50. Метод Рунге-Кутта решения задачи Коши. Построение методов р-к второго порядка точности.
- •51. Оценка погрешности и сходимость одношаговых методов решения задачи Коши.
- •52. Экстраполяц. Метод Адамса решения задачи Коши.
- •53. Интерполяционный метод Адамса решения задачи Коши.
- •54. Общий вид линейных многошаговых методов решения задачи Коши.
- •55. Условие корней многошаговых методов решения задачи Коши
- •56. Сходимость многошаговых методов решения Коши.
- •57. Сеточные методы решения краевых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений.
- •58. Сходимость сеточного метода решения краевых задач для обыкновенных диф. Уравнений.
- •59. Методы прогонки и пристрелки решения разностных схем при решении краевых задач для обыкновенных д.У.
- •60. Эквивалентность граничных и вариационных задач
- •61. Метод Ритца решения вариационных задач.
- •62. Построение системы линейных уравнений для определения значений параметров в методе Ритца.
- •63. Вариационно-разностный вариант метода Рица.
- •64. Сеточные методы решения краевой задачи для уравнения Пуассона. Фоpмулиpовка исходной диффеpенциальной краевой задачи
- •Постpоение pазностной схемы
- •65. Основные понятия теории разностных схем.
- •66. Сходимость сеточного метода
- •Фоpмулиpовка исходной дифференциальной краевой задачи
- •67.Метод матричной прогонки решения разностной схемы. Фоpмулиpовка исходной диффеpенциальной краевой задачи
- •68. Разностные схемы для одномерного параболического уравнения. Фоpмулиpовка исходной диффеpенциальной задачи
- •69. Разностные схемы решения задачи Коши для уравнения гиперболического типа.
- •70. Сеточные методы решения смешанной задачи для уравнений гиперболического типа.
- •71. Метод квадратур решения интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода.
- •72. Решение интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода с вырожденным ядром.
- •Решение интегр. Ур-ния с вырожденным ядром.
- •73. Решение интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода методом вырожденного ядра.
- •Способы приближения невырожденного ядра вырожденным.
48. Метод Ньютона и аналоги метода Зейделя решения системы нелинейных уравнений.
Рассмотрим систему
нелинейных уравнений, заданную в виде
, (4),
где
–n-вектор-функция,
заданная в n-мерном
векторном пространстве или на некотором
его множестве. Пусть система (4) имеет
решение
и Якобиан
,
где
- матрица Якоби вектор-функции
,
отличен от нуля в области
.
Тогда нелинейная система
(5)
равносильна в области П системе (4).
Примененный к решению системы (5) метод
простой итерации
(6)
называют методом Ньютона для решения
системы (4).
Найдем значения
частных производных
в точке
:
.
В силу непрерывности
рассматриваемых функций и их производных
существует достаточно малое
,
что в П будут выполнены условия
.
Таким образом, метод Ньютона (6) будет
сходиться при любом начальном приближении
из П.
Покажем, что метод Ньютона (6) имеет квадратический характер сходимости. При этом воспользуемся разложением в ряд Тэйлора:
(7)
Воспользуемся формулой (6) и разложением
(7):
Отсюда
получаем искомую приближенную оценку

Для решения системы
в виде (4) применяются различные аналоги
метода Зейделя. Рассмотрим один из них.
Пусть уже найдено приближение
.
Вычислим невязки:
.
Найдем наибольшую по модулю невязку.
Пусть таковой оказалась невязка
.
Далее решаем уравнение
относительно неизвестной
.
Найденное решение принимают за
.
Затем вычислим невязки
.Выберем
наибольшую по модулю невязку
,
решим уравнение
относительно
и получим приближение
.
Далее выполняются аналогичные действия,
пока не будут найдены все компоненты
для приближения
.
Потом увеличивается значениеk
на единицу и процесс повторяется.
Вычисления прекращаются, когда невязки
по модуля станут достаточно малыми.
49. Классификация численных методов решения задачи Коши. Методы Эйлера, трапеций и к-э.
Рассмотрим на
отрезке
задачу Коши для нелинейного обыкновенного
дифференциального уравнения первого
порядка
(1) с начальным условием
.(2)
Пусть задача Коши
(1), (2) имеет единственное решение
.
На отрезке
зададим последовательность точек
(3)
Говорят, что на
отрезке введена сетка. Сетка – это
конечное множество точек, в данном
случае, на отрезке. Точки
называют узлами сетки. Узлы
называют граничными, остальные узлы
сетки – внутренними. Если расстояние
между соседними узлами сетки не одинаково,
то говорят, что задана неравномерная
сетка. Если же
,
то говорят, что на отрезке задана
равномерная сетка с шагом
.
В численных методах решения задачи Коши
приближенное решение ищется в виде
таблицы чисел
,
приближающих значения
точного решения в узлах сетки. Расчетные
формулы численных методов решения
задачи Коши в большинстве случаев можно
представить в виде
. (4)
Здесь функция
опр-ся выбором сетки и способом построения
метода. Если
,
,
то расчетная формула (4) принимает вид
. (5).
Такие методы называют явными одношаговыми.
Если
,
,
то расчетная формула (4) принимает вид
. (6).
Соотв-ий метод называют неявным
одношаговым. В случае когда в расчетной
формуле (4)
или
,
методы называют многошаговыми. При
многошаговые методы, как и одношаговые,
называются явными, а при
- неявными.
Методы Эйлера, трапеций и Коши-Эйлера.
Рассмотрим задачу
Коши для нелинейного о. д. у. первого
порядка:
, (7)
. (8)
На отрезке
введем сетку
(9)
Геометр. вывод расчетной формулы метода Эйлера.
Пусть найдено уже
приближение
к решению
задачи (7), (8) в узле
сетки (9). Обозначим через
интегральную кривую дифференциального
уравнения (7), проходящую через точку
.
Проведем к этой интегральной кривой
касательную в точке
до пересечения с вертикалью
в точке
и
ординату точки
возьмем в качестве приближения
к решению
задачи (7), (8) в узле
.

Из прямоугольного
треугольника
найдем выражение для вычисления


.
Получили для
решения задачи Коши (7), (8) расчетную
формулу метода Эйлера:
(10)
Аналитич. вывод расчетной формулы метода Эйлера.
Проведем разложение в ряд Тейлора (11)

Из
этого разложения с учетом, что
и
,
получаем снова расчетное правило метода
Эйлера
. (10)
Метод Эйлера
является одношаговым и явным. Из формул
(10) и (11) для погрешности
метода Эйлера на шаге следует оценка
, (11)
где
-
максимальное значение вторых производных
для интегральных кривых, лежащих в
рассматриваемой окрестности решения
.
Погрешность
одношагового метода
есть величина на единицу меньшего
порядка относительно
по сравнению с погрешностью на шаге
(11). Таким образом, метод Эйлера относится
к численным методам первого порядка
точности.
Использование квадратурных формул для построения численных методов решения задачи Коши.
Расчетную формулу
(10) метода Эйлера можно получить также,
применяя квадратурную формулу левых
прямоугольников к интегралу в формуле
Ньютона-Лейбница
. (12)
Если применить к
вычислению интеграла в (10) квадратурную
формулу трапеций, то получим расчетное
правило
(13)
неявного метода Адамса второго порядка
точности или метода трапеций.
Расчетная формула
(11) представляет собой уравнение с одним
неизвестным
.
Если начальное приближение вычислить
по методу Эйлера и сделать одну итерацию
при решении уравнения (13), то получим
расчетную формулу
(8)
метода Коши-Эйлера. Это явный метод второго порядка точности.
