- •Гоу впо «Кемеровский государственный университет»
- •Методы вычислений
- •Предисловие
- •Тема 1. Элементы теории погрешностей
- •1.1. Определения
- •1.2. Абсолютная и относительная погрешности
- •1.3. Значащие цифры и число верных знаков
- •1.4. Погрешности арифметических действий
- •1.5. Погрешность вычисления функции
- •Задания
- •Варианты
- •Тема 2. Интерполирование
- •2.1. Постановка задачи интерполирования
- •2.2. Интерполяционный многочлен Лагранжа
- •2.3. Интерполяционная формула Гаусса
- •2.4. Сплайн- интерполяция
- •2.5. Линейный сплайн
- •Таким образом, линейный сплайн имеет вид
- •2.6. Параболический сплайн
- •2.7. Кубический сплайн
- •Задания
- •Варианты функций
- •Тема 3. Численное интегрирование
- •3.1. Постановка задачи интегрирования
- •3.2. Квадратурные формулы
- •3.3. Выбор шага интегрирования
- •3.4. Квадратурная формула Гаусса
- •Тогда формула Гаусса будет иметь вид
- •Задания
- •Варианты
- •Тема 4. Решение трансцендентных (нелинейных) уравнений
- •4.1. Отделение корней
- •4.2. Метод последовательных приближений (метод простой итерации)
- •4.3. Метод половинного деления (метод проб, метод дихотомии)
- •4.4. Метод пропорционального деления (метод хорд)
- •4.5. Метод Ньютона (метод касательных)
- •4.6. Метод Ньютона модифицированный
- •4.7. Метод Чебышева
- •Задания
- •Варианты уравнений
- •Тема 5. Решение спектральной задачи
- •5.1. Метод скалярных произведений
- •5.2. Метод вращения
- •Задания
- •Варианты матриц
- •Тема 6. Решение систем линейных алгебраических уравнений
- •6.1. Обусловленность матрицы
- •6.2. Метод Гаусса
- •6.3. Метод Гаусса с выбором главного элемента
- •6.4. Нахождение определителя и обращение матрицы с помощью метода Гаусса
- •6.5. Итерационные методы (метод Якоби, метод Зейделя, метод релаксации)
- •6.6. Оптимизация скорости сходимости итерационного процесса
- •6.7. Итерационные методы вариационного типа
- •6.8. Методы сопряженных направлений
- •Задания
- •Тема 7. Решение систем нелинейных алгебраических уравнений
- •7.1. Определения
- •Интеграл в правой части (8.4) вычисляется с помощью численной квадратуры
- •8.2. Метод Эйлера
- •8.3. Методы Рунге-Кутта
- •8.4. Метод Адамса
- •8.5. Метод Милна
- •Задания
- •Варианты
- •8.6. Краевая задача для обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка
- •8.6.1. Интегро-интерполяционный метод
- •8.6.2. Метод прогонки
- •Задания
- •Варианты заданий
- •Тема 9. Методы решения дифференциальных уравнений в частных производных
- •9.1. Простейшие приемы построения разностных схем
- •9.2. Сходимость, аппроксимация, устойчивость разностных схем
- •9.3. Решение уравнения параболического типа
- •9.3.1. Явная разностная схема
- •9.3.2. Неявная разностная схема
- •9.3.3. Реализация метода разностной прогонки для уравнения параболического типа
- •Задание
- •Варианты
- •9.4. Решение уравнения эллиптического типа
- •9.4.1. Метод матричной прогонки
- •Задание:
- •Варианты
- •Содержание
- •Тема 7. Решение систем нелинейных алгебраических уравнений 40
- •Тема 8. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений 43
- •Тема 9. Методы решения дифференциальных уравнений в частных производных 49
Гоу впо «Кемеровский государственный университет»
Кафедра вычислительной математики
Методы вычислений
Учебно-методическое пособие
Кемерово 2004
Составители: ст. преподаватель О. Н. Гавришина,
ст. преподаватель М. Р. Екимова,
ст. преподаватель Л. Н. Фомина.
Методы вычислений: учеб.-метод. пособие ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»; сост. О. Н. Гавришина, М. Р. Екимова, Л. Н. Фомина. Кемерово, 2004 – 63 с.
П особие содержит теоретический материал, варианты для самостоятельной работы студентов и предназначено для использования на практических занятиях по курсам «Методы вычислений» (5,6,7 семестры, специальности «математика»), «Практикум на ЭВМ по численным методам» (5,6,7 семестры, специальности «прикладная математика»).
Рассмотрено на заседании кафедры вычислительной математики
” “___________ 2004 г.
Зав.кафедрой Ю. Н. Захаров ____________
|
|
Утверждено методической комиссией математического факультета “ “ _____________ 2004 г.
Председатель методической комиссии Е. С. Каган ___________
|
Предисловие
Пособие предназначено для студентов третьих и четвертых курсов математического факультета Кемеровского госуниверситета.
В данном учебно-методическом пособии содержится материал, предусмотренный программой курса «Методы вычислений» и «Численные методы» для студентов математического факультета специальностей 0101 и 0102.
В пособии в краткой форме изложены основы численных методов, представлены теоретические аспекты девяти тем курса «Методы вычислений»: элементы теории погрешности; интерполирование; численное интегрирование; решение нелинейных уравнений; спектральная задача; системы линейных алгебраических уравнений; системы нелинейных алгебраических уравнений; обыкновенные дифференциальные уравнения и дифференциальные уравнения в частных производных.
Каждый теоретический блок заканчивается вариантами заданий по численному решению соответствующих задач, главной целью которых является выполнение методических численных исследований, проводимых студентом с помощью самостоятельно составленной и отлаженной программы.
Предложенный список литературы рекомендован для более глубокого изучения численных методов.
При написании пособия мы опирались на опыт проведения практических занятий по курсам «Методы вычислений» (специальности 0101) и «Численные методы» (специальности 0102) студентов третьих, четвертых курсов математического факультета. Задачи пособия в различных вариантах прошли многократную проверку на практических занятиях в компьютерных классах.