Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1-Численные методы.doc
Скачиваний:
66
Добавлен:
22.08.2019
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

Типовой отчет.

1. Численно решить систему 2-х нелинейных уравнений методом итераций с точностью = 0,001, сравнить приближенное решение с точным:

при x > 0, y > 0.

2. Для локализации решения построим графики функций. Для этого преобразуем уравнения системы с учетом условия x > 0, y > 0:

.

Таблица значений функций и их графики.

x

y1

y2

1.1

10.00

0.46

1.2

5.00

0.66

1.3

3.33

0.83

1.4

2.50

0.98

1.5

2.00

1.12

1.6

1.67

1.25

1.7

1.43

1.37

1.8

1.25

1.50

1.9

1.11

1.62

2.0

1.00

1.73

В качестве приближенного решения принято x0 =1,8 и y0 = 1,5.

3. Перепишем систему в следующем виде:

.

Вводим вспомогательные функции следующим образом:

.

4. Матрица Якоби системы функций f1(x, y) и f2(x, y) в точке начального приближения (x0 ; y0 ) = (1,8; 1,5) имеет вид:

.

Обратная матрица Якоби в точке начального приближения (x0 ; y0 ) = (1,8; 1,5) имеет вид:

.

Матрицу корректирующих множителей в точке начального приближения имеет вид:

.

5. Итерационный алгоритм реализуется по формуле:

xk = g1(xk-1 , yk-1 ), yk = g2(xk-1 , yk-1 ), k = 1, 2, 3, …

Оценка погрешности k-го приближения производится по формуле:

,

где - вектор k-го приближения,

- вектор точного решения,

- норма вектора,

- максимальная норма матрицы Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y) в области D с центром в точке начального приближения, локализующей решение.

В качестве нормы матрицы Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y):

принимается m-норма:

.

6. Точность dk = 0,000422 < = 0,001 достигается на 3-ей итерации, значения переменных равны x3 =1,716692 и y3 = 1,39538.

Матрица Якоби системы функций f1(x, y) и f2(x, y) в точке приближенного решения:

Матрица Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y) в точке приближенного решения:

m-норма матрицы Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y):

,

значит, достаточное условие достижения заданной точности выполнено.

Приближенные и точные значения переменных, а также фактическая погрешность приведены в таблице.

Переменные

Решение

Погрешность

приближенное

точное

x

1,716692

1,716673

1,9710-5

y

1,39538

1,395337

4,2710-5

Реальная точность на порядок меньше гарантированной.

7. Рассмотрим итерационный алгоритм с начальным приближением, существенно отклоняющимся от точного решения x0 =5,0 и y0 = 5,0.

Матрица Якоби системы функций f1(x, y) и f2(x, y) в точке начального приближения (x0 ; y0 ) = (5,0; 5,05) имеет вид:

.

Обратная матрица Якоби в точке начального приближения (x0 ; y0 ) = (5,0; 5,0) имеет вид:

.

Матрица корректирующих множителей в точке начального приближения имеет вид:

.

Точность dk = 0,000802 < = 0,001 достигается на 25-ой итерации, значения переменных равны x25 =1,718144 и y25 = 1,398233.

Матрица Якоби системы функций f1(x, y) и f2(x, y) в точке приближенного решения:

Матрица Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y) в точке приближенного решения:

m-норма матрицы Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y):

,

значит, достаточное условие достижение заданной точности не выполнено.

Приближенные и точные значения переменных, а также фактическая погрешность приведены в таблице.

Переменные

Решение

Погрешность

приближенное

точное

x

1,718144

1,716673

0,001471

y

1,398233

1,395337

0,002896

Таким образом заданная точность не достигнута. Для гарантированного выполнения заданной точности в качестве решения принимается та итерация, на которой выполняется условие . Это условие выполнено на 34-ой итерации, значения переменных равны x34 =1,716832 и y34 = 1,395658.

Матрица Якоби системы функций f1(x, y) и f2(x, y) в точке приближенного решения:

Матрица Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y) в точке приближенного решения:

m-норма матрицы Якоби системы функций g1(x, y), g1(x, y):

.

и с учетом того, что на 34-ой итерации имеет место 10dk = 000889 < = 0,001, то гарантированная точность достигнута.

Приближенные и точные значения переменных, а также фактическая погрешность приведены в таблице.

Переменные

Решение

Погрешность

приближенное

точное

x

1,716832

1,716673

0,000159

y

1,395658

1,395337

0,000321

Таким образом, существенное отклонение начального приближения от точного решения значительно увеличивает вычислительные затраты.

8. Решение системы должно быть представлено в виде, соответствующим заданной точности: х* = 1,717 0,001, у* = 1,396 0,001.