При выполнении работы необходимо:



Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Вычислительная техника и инженерная кибернетика»

ЗАДАНИЯ

 

К ПРАКТИЧЕСКИМ И ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ

ПО ЧИСЛЕННЫМ  МЕТОДАМ

( работы № 6-11 )

 

     РЕКОМЕНДОВАНО

к использованию НМС УГНТУ

протокол №__ от __.__.200_ г.,

Зам. председателя НМС УГНТУ

____________Е.И.Ишемгужин

 

 

 

Уфа - 2008

 

Приводятся варианты заданий к лабораторным и практическим занятиям по численным методам решения задач вычислительной и прикладной математики на ПЭВМ.

Задания предназначены для студентов младших курсов высших учебных заведений всех форм обучения.

Составители: Умергалин Т. Г., проф., д-р техн. наук

Мухамадеев И.Г., доц.

Мансуров А.Ф., доц.

Рецензент   Токарев Д.В., доц, канд. техн. наук

© Уфимский государственный
нефтяной технический университет, 2008

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сборник содержит задания к практическим занятиям и лабораторным работам по численным методам решения таких типовых математических задач, как решение уравнений и их систем, численное интегрирование, поиск минимума функций. Задания предназначены для студентов дневного, вечернего и заочного обучения, изучающих основные численные методы в курсе информатики или в специализированных курсах прикладной, вычислительной математики.

Задания к каждой работе содержат:

Ø постановку задачи;

Ø краткие указания к выполнению работы;

Ø контрольные вопросы и задачи;

Ø 100 вариантов индивидуальных заданий.

При выполнении любого задания рекомендуется:

1. Проанализировать задачу, следуя указаниям к выполнению работы.

2. Подготовить тестовый пример для проверки правильности программы.

3. Разработать алгоритм решения задачи на ЭВМ в виде основного модуля и вспомогательных модулей решения задачи типовым численным методом, вычисления значения функций, ввода/вывода данных и т.п.

4. Описать входные, выходные и промежуточные переменные модулей, выбрать форму представления исходных данных и результатов программы (интерфейс программы).

5. Закодировать алгоритм и интерфейс, отладить программу.

6. Выполнить требуемые расчёты с помощью созданной программы.

7. Сформулировать и решить задачу с использованием математических программ “Эврика”, MathCAD, MatLab и др.

8. Оформить отчёт.
Содержание отчёта должно строго соответствовать порядку выполнения работы.
Форму отчёта (рабочая тетрадь, отчёт по лабораторной работе в бумажном или электронном виде) и его конкретное содержание уточняется преподавателем.

9. Защитить отчёт, ответив на контрольные вопросы и/или решив контрольные задачи к работе.
Форму защиты (коллоквиум, контрольная работа, компьютерное тестирование, устный опрос) назначает преподаватель.


Работа № 6. РЕШЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО УРАВНЕНИЯ

 

Постановка задачи:

Дано уравнение f(x)=0.

Требуется найти все корни уравнения с точностью e = 0.001, 0.0001.

При выполнении работы необходимо:

- По номеру варианта, назначенного преподавателем, взять уравнение из приведённой ниже таблицы.

- Отделить корни уравнения.

- Если требуется, для каждого отделённого корня выбрать начальное приближение решения, проверить условия сходимости, получить формулу итерационного процесса.

- Создать программу уточнения корней методом, назначенным преподавателем, уточнить отделённые корни до требуемой точности.
Требования к программе: алгоритм уточнения корня уравнения и вычисление f(x) оформить в виде процедур; ввод и вывод данных сопровождать текстовыми пояснениями.

- Решить уравнение с помощью математических программ “Эврика”, MathCAD или MatLab.

- Оформить и защитить отчёт.

Контрольные вопросы к работе:

1. Постановка задачи, этапы решения нелинейного уравнения. Методы решения, их краткая сравнительная характеристика.

2. Метод половинного деления: геометрическая иллюстрация метода; схема алгоритма; условия завершения итерационного процесса; связь между числом итераций и требуемой точностью.

3. Метод простых итераций: геометрическая его иллюстрация; схема алгоритма; формула итерационного процесса, способы ее получения; условия сходимости и завершения итерационного процесса.

4. Метод Ньютона: геометрическая иллюстрация метода; схема алгоритма; формула итерационного процесса, условия его сходимости; выбор начального приближения; условия завершения итерационного процесса.

Контрольные задачи к работе:

1. Дано нелинейное уравнение f(x) = 0, например, 2*SIN(x+2)-x=1 .

Требуется решить одну из перечисленных ниже задач:

Ø отделить корни уравнения;

Ø получить формулу итерационного процесса метода итераций;

Ø проверить сходимость метода итераций или Ньютона на отрезке;

Ø вычислить новое приближение решения методом половинного деления, итераций или Ньютона - старое приближение задано;

Ø выбрать начальное приближение для метода Ньютона.

2. Дан график функции y=f(x). Нужно отобразить на графике итерационный процесс метода половинного деления, итераций или Ньютона и показать ожидаемое решение.

 

Номер вар-та Уравнение f(x)=0 Номер вар-та Уравнение f(x)=0
1 2
3 4
5 6 x·2x=1
7 8
9 10 =
11 12
13 14
15 5x-3x = 2 16
17 2ex - 5x=0 18
19 20
21 22
23 24
25 26
27 28
29 30
31 3x-1+2+x = 0 32
33 2arctg x - = 0 34 (2-x) - ex = 1
35 36 x3+3x2+12x +3 = 0
37 x4-18x2+6 = 0 38 2,2x+2x= 0
39 (x-4)2·log 0,5(x-3) = -1 40 x3-0,2x2+0,5x-1= 0
41 x2·2x= 1 42 x2+4sinx = 10
43 5-sinx = x 44 x3-0,1x2+0,4x + 1,2= 0
45 e-2x-2x+1 = 0 46 2x-lgx =2
47 5x-6x -3 = 0 48 x3-3x2+6x-5 = 0
49 x4+4x3-8x2-17 = 0 50 5x-8lnx = 8
Номер вар-та Уравнение f(x)=0 Номер вар-та Уравнение f(x)=0
51 x4-x3-2x2+3x-3 = 0 52 x3-0,2x2+0,5x-1,4 = 0
53 0,5x-1 = (x+2)2 54 3x + ex= 2
55 2x2-0,5x-3 = 0 56 x3+2x+4 = 0
57 x2-cos2x = 1 58 x(x+1)2= 1
59 60 x3-3x2+12x-12 =0
61 62 x = (x+1)3
63 64 x3+0,2x2+0,5x+0,8 = 0
65 3x4+4x3-12x2+1 = 0 66
67 3x4-8x3-18x2+2 = 0 68 x3+4x-6 = 0
69 (x-2)2×2x= 1 70
71 2sin =0,5x2-1 72 x3+0,1x2+0,4x-1,2 = 0
73 x2-20sinx = 0 74 x = -5
75 76 x3+3x2+6x-1= 0
77 3x+2x-2 = 0 78
79 2arctgx-3x+2 = 0 80 x3-0,1x2+0,4x-1,5 = 0
81 2x4-8x3+8x2-1= 0 82 2x+lgx = -0,5
83 2x4+8x3+8x2-1= 0 84 x3-3x2+6x-2= 0
85 [(x-2)2-1]×2x= 1 86 2x-cosx = 0,5
87 [log2(x+2)](x-1)= 1 88 x3-0,2x2+0,3x-1,2= 0
89 sin(x-0,5)-x+0,5= 0 90 sin(0.5+x)= 2x-0,5
91 3x+2x-5= 0 92 x3-3x2+12x-9= 0
93 2 ex + 3 x+1= 0 94 0,5x+lg(x-1)= 0,5
95 x4-4x3-8x2+1= 0 96 x3+0,2x2+0,5x-2 = 0
97 3x4+4x3-12x2-5= 0 98 x3+3x+1 = 0
99 100

 


Работа № 7. РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ

Постановка задачи:

Дана система линейных уравнений A X = B.

Требуется найти решение системы X с точностью e = 0.001, 0.0001.

При выполнении работы необходимо:

- По номеру варианта, назначенного преподавателем, взять систему уравнений из приведённой ниже таблицы.

- Проверить обусловленность системы.

- Привести систему к каноническому виду, если решение системы необходимо получить итерационным методом.

- Создать программу решения системы методом, назначенным преподавателем, получить решение с требуемой точностью, проверить полученное решение подстановкой в исходную систему (вычислить невязки).
Требования к программе: алгоритм решения системы и вычисление невязок оформить в виде процедур; ввод и вывод данных сопровождать текстовыми пояснениями.

- Решить систему уравнений с помощью математических программ “Эврика”, MathCAD или MatLab.

- Оформить и защитить отчёт.

Контрольные вопросы к работе:

1. Постановка задачи решения системы линейных уравнений. Понятие обусловленности системы, геометрическая её иллюстрация.
Классификация методов решения, их краткая характеристика.

2. Формулы Крамера.

3. Метод исключения Гаусса: алгоритмы прямого хода, обратного хода; контроль правильности решения; разновидности метода.

4. Метод простых итераций: формула итерационного процесса; условия сходимости метода и способ обеспечения сходимости; условия завершения итерационного процесса; схема алгоритма; способ улучшения сходимости (метод Гаусса-Зейделя).

Контрольные задачи к работе:

Дана система линейных уравнений. Требуется решить одну из следующих задач:

Ø оценить обусловленность системы;

Ø решить систему, используя формулы Крамера или метод исключения Гаусса;

Ø выполнить преобразование системы для обеспечения условий сходимости метода простых итераций;

Ø вычислить новое приближение решения методами простых итераций или Гаусса-Зейделя, если известно старое приближение решения.


 

Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n
1 -4.0 1.6 -1.1 3.6 4.6 -2.3 4.5 -3.7 5.5 -6.1 -10.5 6.4 2 5.6 3.4 -2.4 -1.6 -3.4 -2.6 -1.9 -2.5 -2.9 -12.4 5.2 6.9
3 2.8 5.0 -1.8 -1.7 1.3 5.6 1.7 5.3 0.1 -9.0 4.7 -8.8 4 2.4 -2.9 4.6 3.3 3.6 -4.0 -1.2 0.3 5.3 12.6 -11.9 11.2
5 3.8 5.1 -2.4 -1.0 0.4 -3.6 -2.0 -2.0 1.8 -1.6 7.4 -1.6 6 -0.8 1.6 0.1 5.4 -3.4 -0.4 -3.8 -0.5 1.3 -2.5 12.6 3.5
7 -2.4 -3.2 -1.1 3.6 -2.7 3.8 -1.2 -2.6 1.8 4.0 1.8 4.0 8 4.2 -1.9 3.3 2.8 4.1 5.7 5.8 -1.5 -3.0 2.9 0.3 -5.8
9 -1.3 -1.7 1.6 -2.6 3.3 5.3 -2.1 2.9 3.8 5.3 6.6 -0.3 10 2.3 -0.3 -2.4 1.1 4.7 2.6 -3.7 -1.0 2.6 2.8 -8.8 -0.5
11 -1.3 5.3 3.1 -1.1 -4.0 0.7 5.0 -2.1 2.1 -9.7 4.4 5.0 12 3.6 -2.4 2.5 -3.8 -2.3 4.1 -0.6 -2.6 -3.2 -1.2 -1.5 3.2
13 -3.1 -1.2 1.0 2.9 2.6 2.5 0.5 2.6 -1.3 -0.9 -3.0 -3.4 14 -3.9 1.1 -3.2 -3.8 -3.2 3.8 3.7 3.9 1.9 -3.6 7.0 -3.8
15 -2.4 -0.4 -2.1 2.8 3.8 4.2 3.0 -1.1 0.9 2.2 -15.0 2.3 16 -1.0 3.3 -1.9 3.8 -1.6 0.7 -3.4 -0.1 2.5 -0.4 4.7 1.0
17 -2.5 1.4 -2.0 -0.9 1.3 -0.7 5.0 -3.3 2.5 -3.9 -0.4 8.3 18 1.7 1.2 3.0 -0.8 -0.5 2.7 -3.9 2.9 3.4 0.1 2.4 4.4
19 -0.9 -2.5 -3.6 3.8 3.1 2.9 4.0 5.9 -0.5 -5.6 -1.1 -2.9 20 4.8 5.8 -0.6 4.4 -3.4 2.4 3.5 -0.8 5.4 -3.6 -0.4 -14.3
21 -1.7 1.2 4.5 2.8 4.9 1.8 -1.3 -1.9 3.9 -6.2 -4.6 -5.2 22 0.6 2.0 4.2 -1.3 -3.9 5.5 5.5 5.6 0.3 -0.6 -1.3 -5.5
23 5.5 -1.4 3.3 4.0 2.3 -3.8 1.0 3.7 3.0 8.8 -7.8 4.0 24 -1.4 -0.3 3.0 2.7 0.5 2.5 5.3 3.8 1.9 7.4 7.7 -1.5
25 0.4 -1.8 4.0 4.4 -0.5 -1.3 4.2 0.4 5.3 -7.6 -1.8 -6.4 26 0.2 3.6 4.3 2.4 4.0 1.1 -3.5 -3.6 4.1 -4.5 1.3 -0.6
Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n
27 -3.6 0.5 1.2 3.4 0.9 4.6 1.0 1.1 0.3 -3.6 -3.4 1.0 28 -2.1 1.0 1.7 1.8 2.8 3.0 -3.8 -2.1 -1.6 3.8 4.8 2.2
29 -1.2  2.3 2.0 0.5 5.6 1.3 -3.6 -2.7 -1.6 2.8 2.1 -6.8 30 1.5 1.3 -2.9 0.9 3.8 1.5 5.7 2.3 4.6 5.6 1.7 -12.6
31 1.7 3.1 -3.6 -1.9 -0.2 4.4 3.7 -2.9 5.2 8.4 -2.7 -4.4 32 -3.6 -3.9 -3.9 0.0 0.2 0.7 -1.9 -0.5 5.9 -0.3 0.2 1.4
33 -0.1 -1.5 3.6 5.8 2.2 -2.3 1.4 5.4 2.5 2.0 -5.9 9.3 34 1.0 -2.5 0.6 -2.9 1.7 3.8 -1.7 -2.2 1.7 -2.3 6.4 2.9
35 5.7 -2.0 1.7 -1.5 5.4 3.3 2.3 -0.4 3.1 0.3 0.3 -4.3 36 -2.4 -2.1 0.6 1.9 0.0 1.4 1.0 0.4 4.3 -0.3 0.5 -4.9
37 0.0 -0.3 5.4 -3.3 -3.7 3.4 0.6 5.6 1.7 -0.3 -0.4 6.2 38 -3.4 5.9 -2.8 5.6 5.9 -2.1 -2.1 5.5 4.8 6.5 9.4 12.4
39 1.4 5.6 1.9 0.7 -0.5 2.4 3.6 -3.1 2.8 10.8 3.6 6.1 40 -3.8 1.7 3.8 1.9 -0.9 -2.3 1.3 0.9 -1.7 -0.4 4.7 3.9
41 5.5 -1.8 5.4 3.9 5.9 -0.2 1.7 1.7 5.9 -3.5 8.1 -0.8 42 3.8 3.0 2.9 -3.1 3.5 3.4 -1.0 4.2 3.7 2.2 3.9 9.4
43 0.5 -3.2 1.4 1.1 -1.0 -0.9 4.5 5.8 2.7 -4.5 -4.0 18.8 44 -3.9 -1.4 -3.9 3.5 -0.8 -1.4 0.0 0.0 3.9 -6.7 -0.9 7.8
45 0.4 -2.8 -0.4 3.3 -3.4 -0.6 -3.6 0.2 3.9 -4.4 -8.9 -11.0 46 -0.6 -0.8 -2.7 0.7 -0.9 4.1 1.4 -1.8 -3.6 1.7 -5.2 -1.4
47 2.8 -3.1 5.3 -0.7 -3.8 2.7 5.8 -1.4 3.9 -3.4 -6.9 3.0 48 5.2 -3.7 -0.9 -0.8 0.4 -1.5 5.3 -1.6 2.6 -13.5 -1.5 -5.9
49 4.2 3.2 -2.6 3.8 1.5 -2.9 4.8 -3.3 4.6 5.4 -6.6 7.4 50 -2.4 4.3 -3.5 4.7 -2.9 4.4 -0.9 -1.8 2.5 0.8 1.7 -0.5
51 -0.3 3.6 3.3 4.7 3.0 3.7 -1.8 2.9 3.0 -10.8 -14.4 -10.6 52 -0.1 1.6 3.3 2.5 2.3 0.5 -1.6 -2.8 -1.0 -3.1 -2.1 7.2
Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n
53 -1.3 4.3 -2.8 -3.4 4.3 3.3 4.7 -3.1 -1.4 -12.7 -1.9 9.5 54 2.5 -2.4 -1.5 -3.7 3.8 2.4 3.9 1.6 2.2 -0.7 -6.5 -2.7
55 -3.2 1.7 2.0 5.1 4.5 2.2 4.0 0.7 -0.6 -10.6 -18.5 3.8 56 1.2 -3.9  5.3 3.4 -2.4 1.4 1.7 -2.6 -2.0 1.3 6.8 5.5
57 0.7 -0.3 4.8 0.9 1.4 -2.7 4.8 -0.5 4.0 1.3 -3.7 5.8 58 1.7 -3.0 -3.4 5.4 3.6 5.7 -2.2 4.0 -0.4 0.9 3.9 -6.2
59 -3.3 4.6 4.1 -3.7 2.5 0.5 3.3 0.0 0.0 -4.3 -0.3 3.3 60 2.9 2.9 3.9 -1.6 4.4 -0.3 3.7 -3.2 5.1 -13.6 -5.4 -10.7
61 -2.1 -3.2 2.6 -0.3 -1.5 -2.6 -1.5 4.8 2.3 -1.5 4.4 -8.6 62 -0.1 4.5 1.0 -3.4 -3.6 4.6 2.4 0.0 -3.4 -4.4 0.2 -2.4
63 1.6 3.0 0.2 2.9 -3.5 5.8 5.4 4.5 -2.8 -1.2 6.4 -1.9 64 5.7 -1.0 2.5 -0.7 -3.4 -3.1 5.3 -1.5 -1.7 0.3 -3.5 -7.2
65 1.9 -0.8 1.5 -0.7 -2.9 -0.1 2.3 4.8 3.1 -0.3 3.8 -8.7 66 -3.9 0.3 0.6 0.8 2.8 2.4 4.7 -3.3 -0.2 3.0 -4.4 -1.2
67 -3.8 0.1 3.2 -2.0 -1.7 3.3 -1.6 -0.8 -2.8 -3.9 3.7 -0.8 68 2.6 4.1 -1.5 -1.6 -2.3 4.5 2.0 3.7 2.1 -8.2 5.2 -3.6
69 -0.9 -2.4 -3.5 2.0 3.4 4.9 4.6 -3.8 -1.0 -5.5 4.4 6.4 70 5.2 3.6 4.0 4.0 4.2 0.7 4.8 -3.6 -2.4 -13.2 2.6 0.0
71 4.8 4.7 3.3 -2.6 1.2 4.7 5.4 -3.2 -1.2 1.5 -2.1 6.6 72 1.9 3.1 3.3 1.9 -1.6 0.2 -1.5 -1.5 1.8 -1.9 1.9 1.5
73 1.1 -0.4 1.4 2.2 3.6 4.7 -0.2 -1.9 -3.8 2.5 2.5 -4.0 74 1.9 -1.2 2.6 5.6 -2.0 3.7 0.3 4.1 -3.1 3.3 13.0 -6.5
75 -1.7 2.6 0.0 -1.1 0.9 4.5 -1.4 4.4 -0.7 -1.7 -7.9 0.0 76 -1.8 -4.0 -3.8 -2.0 1.8 -3.4 -3.3 0.9 -2.8 5.6 1.4 6.1
77 -2.0 -2.4 -0.8 -3.4 5.5 -1.0 4.9 3.0 5.5 -2.0 3.4 4.9 78 -1.5 3.2 5.3 -0.2 -2.6 4.7 2.1 4.8 -1.5 6.8 4.5 -3.6
Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n Номер вар-та Коэффициенты системы A=(ai,j)n,n Свободные члены B=(bi)n
79 -2.9 1.6 0.9 -3.6 -1.7 4.8 -3.4 -4.0 -1.9 -1.1 13.2 -7.2 80 5.2 -1.6 3.0 2.5 2.3 5.7 -2.0 -2.0 -2.0 -12.8 -6.6 4.0
81 3.0 5.0 -0.3 4.2 -2.7 3.4 -3.8 1.3 1.4 8.3 -10.3 -3.9 82 5.2 0.1 0.9 -3.1 3.9 0.9 -2.2 -0.8 3.4 -5.1 0.8 1.4
83 -2.4 3.2 -1.7 -1.7 4.6 5.2 0.0 4.0 5.5 -0.9 11.5 9.5 84 3.9 3.6 -0.9 0.4 3.7 2.0 -1.2 3.4 0.9 -2.1 8.1 6.4
85 -0.5 -1.2 -0.1 1.9 -0.7 3.7 -3.5 -3.4 -0.5 -1.5 -10.0 -5.9 86 5.6 3.7 -3.2 4.0 3.0 2.5 4.7 1.1 -2.2 1.3 4.5 -1.4
87 0.1 -3.8 3.9 -3.5 -2.1 -1.6 -1.2 1.6 1.2 -3.7 1.4 0.4 88 -2.9 0.3 -3.7 -1.4 -1.7 0.4 5.9 -0.5 3.6 -0.5 -2.7 -2.8
89 4.5 1.7 1.9 4.9 0.6 1.5 -2.3 -0.9 -2.4 10.0 -1.3 -8.0 90 -0.9 0.2 2.6 5.9 -1.8 -1.7 2.6 1.1 -0.1 -3.9 5.7 -0.2
91 -1.9 -3.5 2.5 -2.4 -2.6 -2.8 1.8 0.0  4.5 -11.4 -0.0 -2.7 92 2.8 2.8 3.0 0.9 4.6 0.8 5.7 1.1 4.8 2.8 10.1 -3.5
93 1.5 1.7 -3.4 -0.7 1.6 2.1 1.5 -0.5 -0.2 1.5 6.0 0.3 94 -2.6 -2.0 0.9 4.7 3.5 -3.2 2.8 2.8 -1.8 0.4 5.3 -0.8
95 2.4 -0.6 -1.1 -1.4 3.3 4.8 2.4 -1.9 1.9 3.4 -1.6 -5.2 96 2.6 -2.3 1.7 4.0 -3.5 -3.5 4.5 1.6 5.6 -8.9 0.5 -6.9
97 2.5 -0.2 -3.7 -3.2 -2.8 -1.3 -1.2 2.9 3.2 2.1 -2.4 4.6 98 -0.4 -2.6 -3.1 -2.0 -1.4 5.6 3.9 -1.1 -2.6 -7.9 0.8 -8.7
99 -0.3 -1.3 -0.9 2.9 0.7 -1.9 5.7 1.6 1.1 -4.7 -5.3 11.1 100 -2.2 4.1 -4.0 2.2 -1.7 2.1 -1.3 4.0 -1.3 2.0 1.4 -4.1

 


Работа № 8. РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ

 

Постановка задачи:

Дана система нелинейных уравнений F(X) = 0.

Требуется найти решения системы с точностью e = 0.001, 0.0001.


Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 119; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!