- •31 Информатика (лек.) – гтк – 2 семестр (2012 г.) Введение Литература
- •Сокращения
- •Тема № 1. Основные понятия программирования
- •1.1. Состав программы на языке Pascal
- •1.2. Элементы программы в языке Pascal
- •1.3. Типы данных в языке Pascal
- •1.4. Операции в языке Pascal
- •1.7. Операторы языка Pascal
- •1.5. Выражения в языке Pascal
- •1.6. Стандартные функции в языке Pascal
- •Тема № 2. Программирование базовых алгоритмов
- •2.1. Программирование последовательных вычислений
- •2.2. Программирование разветвлений
- •2.3. Программирование циклов
- •Тема № 3. Программирование задач с массивами
- •3.1. Одномерные массивы
- •Фрагменты вычисления характеристик одномерного массива
- •Фрагменты операций с одномерными массивами
- •Особенности элементов одномерного массива
- •3.2. Двумерные массивы
- •Фрагменты вычисления характеристик двумерного массива
- •Фрагменты вычисления характеристик строк и столбцов двумерного массива
- •Фрагменты операций с двумерными массивами
- •Особенности элементов квадратных матриц
- •3.3. Перестановка и сортировка элементов массива
- •Тема № 4. Программирование подпрограмм и структурных типов данных
- •4.1. Подпрограммы
- •4.2. Программирование задач с функциями
- •4.3. Программирование задач с процедурами
- •4.4. Программирование задач с файлами
- •4.5. Программирование задач с символами и строками
- •4.6. Программирование задач с записями
- •4.7. Программирование задач со множествами
- •Тема № 5. Знакомство с численными методами
- •5.1. Приближённые вычисления
- •5.2. Методы решения нелинейных уравнений
- •5.3. Методы решения систем уравнений
- •5.4. Методы решения дифференциальных уравнений
- •5.5. Методы численного интегрирования
5.2. Методы решения нелинейных уравнений
Метод половинного деления (метод
деления отрезка пополам, метод бисекции,
метод Больцано) применяется для
приближённого решения нелинейных
алгебраических или трансцендентных
уравнений вида
.
Сначала задаются границы отрезка a и b, внутри которого ищется решение, а также погрешность .
Метод половинного деления заключается
в том, что в точке x,
являющейся серединой отрезка
,
вычисляется значение функции
.
Если это значение близко к нулю, то
решением является точка x
(т.е. x является корнем
уравнения), иначе середина отрезка
становится границей нового отрезка,
внутри которого функция изменяет знак.
Таким образом, отрезок уменьшается
вдвое, а далее процесс повторяется до
тех пор, пока не будет найдено решение.
Блок-схема метода половинного деления представлена на рисунке 1.
Метод Ньютона (метод касательных,
метод линеаризации) применяется для
приближённого решения нелинейных
алгебраических или трансцендентных
уравнений вида
,
причём функция
должна иметь производную
,
а также для решения систем уравнений.
Сначала задаются начальное приближение x0 и погрешность .
Метод Ньютона заключается в том, что из
начальной точки
проводится касательная к графику функции
и вычисляется пересечение касательной
с осью x по формуле
.
Если в новой точке значение
близко к нулю, то эта точка является
решением (т.е.
является корнем уравнения), иначе процесс
повторяется.
Блок-схема метода Ньютона представлена на рисунке 2.
Метод итераций (метод простой
итерации, метод последовательных
приближений, метод Якоби) применяется
для приближённого решения нелинейных
уравнений вида
,
а также для решения систем уравнений.
Сначала уравнение
приводится к виду
,
где – некоторый
коэффициент, а также задаётся начальное
приближение в точке
.
Метод итераций заключается в том, что
в точке
вычисляется значение функции
.
Если новое значение x
близко к предыдущему, то решением
является эта точка (т.е.
является корнем уравнения), иначе процесс
повторяется.
5.3. Методы решения систем уравнений
Метод Гаусса (метод исключения)
применяется для решения систем линейных
алгебраических уравнений (СЛАУ) вида:
,
где используются матрица
и столбец
.
Метод Гаусса заключается в том, что в
прямом ходе метода все уравнения системы
преобразуются к эквивалентным уравнениям
таким образом, чтобы были исключены
коэффициенты ниже главной диагонали
(т.е. чтобы матрица A
стала треугольной). Далее в обратном
ходе метода из последнего уравнения
вычисляется
.
Полученное значение подставляется в
-е
уравнение и вычисляется
.
Аналогично находятся все остальные
значения неизвестных
,…,
,
.
Метод Зейделя (метод Гаусса-Зейделя)
применяется для решения СЛАУ вида:
,
а также для решения систем нелинейных
уравнений.
Метод Зейделя заключается в том, что по заданным начальным приближениям для ,…, из 1-го уравнения вычисляется , найденное значение подставляется во 2-е уравнение системы и находится , аналогично вычисляются остальные значения неизвестных. Если новые значения ,…, близки к предыдущим значениям, то решение найдено, иначе процесс продолжается дальше.
Метод простой итерации для решения СЛАУ отличается тем, что найденные значения ,…, подставляются в уравнения на следующем шаге, а не на текущем, как в методе Зейделя.
