數(shù)值計算課后習(xí)題答案1

習(xí)題一解答

1.取3.14,3.15,—27,坦3SS作為n的近似值，求各自的絕對誤差，相對

7113

誤差和有效數(shù)字的位數(shù)。

分析：求絕對誤差的方法是按定義直接計算。求相對誤差的一般方法是先

求出絕對誤差再按定義式計算。注意，不應(yīng)先求相對誤差再求絕對誤差。有效數(shù)

字位數(shù)可以根據(jù)定義來求，即先由絕對誤差確定近似數(shù)的絕對誤差不超過那一位

的半個單位，再確定有效數(shù)的末位是哪一位，進一步確定有效數(shù)字和有效數(shù)位。

有了定理2后，可以根據(jù)定理2更規(guī)范地解答。根據(jù)定理2,首先要將數(shù)值轉(zhuǎn)化

為科學(xué)記數(shù)形式，然后解答。

解：(1)絕對誤差：

e(x)=n-3.14=3.14159265---3.14=0.00159…=0.0016。

相對誤差：

,、e(x)0.0016

e(x)=-L-:-=-----?0.51xl0

rx3.14

有效數(shù)字：

因為』=3.14159265…=0.314159265…X10,3.14=0.314X10,m=U

而n-3.14=3.14159265---3.14=0.00159-

所以|“一3.14|=0.00159…<0.005=0.5義10_2=_1*10一2=J_xlO_3

22

所以，3.14作為n的近似值有3個有效數(shù)字。

(2)絕對誤差：

e(x)=n-3.15=3.14159265---3.14=-0.008407-^-0.0085?

相對誤差：

,、e(x)-0.0085”，，八_2

er(x)=-^=------?-0.27x102

x3.15

有效數(shù)字：

因為n=3.14159265…=0.314159265…X10,3.15=0.315X10,m=L

而Ji-3.15=3.14159265---3.15=-0.008407-

所以|n-3.15|=0.008407...W0.05=0.5X10-1=-xl0^^-xl01-2

22

所以，3.15作為n的近似值有2個有效數(shù)字。

(3)絕對誤差：

22

e(x)=7V——=3.14159265-■--3.142857143=-0.001264493????-0.0013

相對誤差:

/、e(x)-0.0013.

e(x)=-----=———?-0A.4/111x110a3

rx22

T

有效數(shù)字：

因為兀=3.14159265…=0.314159265-X10,

22

—=3.142857143=0.3142857143x10,m=lo

7

22

而萬——=3.14159265----3.142857143=-0.001264493-??

7

所以

22

7t--=--|-3.14159265…-3.142857143|=0.001264493…K0.005

7

=0.5x10-2=-0-2=J_x]0_3

22

所以，烏作為口的近似值有3個有效數(shù)字。

7

(4)絕對誤差：

355

e(x)=7i------=3.14159265----3.14159292=-0.0000002705??-?-0.000000271

113

相對誤差：

e(x)=￡(x)=-0.00()000271_0863xl(),7

x355

H3

有效數(shù)字：

因為n=3.14159265…=0.314159265-X10,

355

3.14159292=0.314159292x10,m=l

1130

355

而乃—土上=3.14159265…—3.14159292=-0.0000002705-??

113

所以

355

兀-----|3--.14159265??--3.14159292|=0.0000002705?--<0.0000005

113

=0.5x10^=-xl0_6=-xl01-7

22

所以，空作為口的近似值有7個有效數(shù)字。

113

指出：

①實際上，本題所求得只能是絕對誤差限和相對誤差限，而不是絕對誤差

和相對誤差。

②為簡單計，本題相對誤差沒有化為百分?jǐn)?shù)。

③在求出絕對誤差后，按定義求有效數(shù)字是基本功，必須掌握。絕對不允

許有了定理后就不會根據(jù)定義討論。因此，本類問題的解答應(yīng)當(dāng)是兩種方法都熟

練掌握的。

實際上，根據(jù)基本概念分析討論問題始終是最重要的方法，由于不同的作

者會提出不同的定理系統(tǒng)，因此，掌握根據(jù)最本元的定義討論問題的方法是非常

重要的。

④祖沖之（公元429年一公元500年）是我國杰出的數(shù)學(xué)家，科學(xué)家。

南北朝時期人，漢族人，字文遠。生于宋文帝元嘉六年，卒于齊昏侯永元

二年。祖籍范陽郡遒縣（今河北部水縣）。在世界上最早計算出兀的真值

在3.1415926（胭數(shù)）和3.1415927（盈數(shù)）之間，相當(dāng)于精確到小數(shù)第7

位，這一紀(jì)錄直到15世紀(jì)才由阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家阿爾.卡西打破。祖沖之還給

出兀的兩個分?jǐn)?shù)形式：—（約率）和二（密率），其中密率精確到小數(shù)

7113

第7位，在西方直到16世紀(jì)才由荷蘭數(shù)學(xué)家奧托重新發(fā)現(xiàn)，比祖沖之晚了

一千多年，數(shù)學(xué)史學(xué)界主張稱“密率”為“祖率”。

⑤近似數(shù)的有效數(shù)字只能是有限位。

⑥近似數(shù)的誤差分析中采用近似數(shù)x而不是其準(zhǔn)確數(shù)，準(zhǔn)確數(shù)是未知

的.

⑦常出現(xiàn)德錯誤是，第一，不進行具體計算，結(jié)果不可靠；第二，兩

個分?jǐn)?shù)近似值（尤其第二個）取的數(shù)位不夠，結(jié)果有效數(shù)位計算錯誤；第

三，認(rèn)為分?jǐn)?shù)就是精確數(shù)，就有無窮多有效數(shù)字。

2、用四舍五入原則寫出下列各數(shù)的具有五位有效數(shù)字的近似數(shù)。

346.7854,7.000009,0.0001324580,0.600300

分析：本題實際上指出，按要求截取的近似數(shù)符合有效數(shù)字定義，相

關(guān)數(shù)位上的數(shù)字都是有效數(shù)字。解答方法簡單，直接寫出就可以，不需要

也不應(yīng)該做形式轉(zhuǎn)化（化為科學(xué)計數(shù)法形式）

解：346.7854心346.79,

7.000009^7.0000,

0.0001324580^0.00013246,

0.600300^0.60030o

指出：

注意0?

只要求寫出不要求變形。

3、下列各數(shù)都是對準(zhǔn)確數(shù)進行四舍五入后得到的近似數(shù)，試分別指出

他們的絕對誤差限和相對誤差限和有效數(shù)字的位數(shù)。

%1=0.0315,々=0.3015,x3=31.50,&=5000。

分析：首先，本題的準(zhǔn)確數(shù)未知，因此絕對誤差限根據(jù)四舍五入規(guī)則

確定。其次，應(yīng)當(dāng)先求絕對誤差限，再求相對誤差限，最后確定有效數(shù)字

個數(shù)。有效數(shù)字由定義可以直接得出。

解：由四舍五入的概念，上述各數(shù)的絕對誤差限分別是

￡(xj=0.00005,￡(%2)=0.00005,f(Xj)=0.005,f(x4)=0.5

由絕對誤差和相對誤差的關(guān)系，相對誤差限分別是

￡(司)0.00005

d(x.)=----=-------?0.16%,

1Xi0.0315

￡(演)_0.005

%)=?0.002%,

31.5

0.5

/為)=9?0.01%.

①5000

有效數(shù)字分別有3位、4位、4位、4位。

指出：

本題顯然是直接指出有效數(shù)位、直接寫出絕對誤差，用定義求出相對

7天差。

4.計算后的近似值，使其相對誤差不超過0.1%。

解：設(shè)取n個有效數(shù)字可使相對誤差小于0.1%,則

—xlO1'"<0.1%,

2q

而34廂44,顯然g=3,此時，

J-xio""=—LxlO"”<0.1%,

2al2x3

即LxlOf<10-3,

6

也即6x10">1(/

所以，n=4=

U七時，而=3.162。

5、在計算機數(shù)系F(10,4,-77,77)中，對

%=0.14281x103與》2=-0.314159x1(/,試求它們的機器浮點數(shù)#(xj(i=l,2)及

其相對誤差。

解：

#(/)=0.1428x1,e(#a))=/—八區(qū))=0.14281x1O'-0.1428x1()3=0.0000IxlO3,

/Z(x2)=-0.3142xl0',e(^(x2))=x2-/7(x2)=-0.314159x10'-(-0.3142x10')=0.00041x10'

其相對誤差分別是

0.00001xlO30.000041x10'

?0.007%,ea—0.013%。

0.1428xl032-0.3142x10'

6、在機器數(shù)系F(10,8,L,U)中，取三個數(shù)

x=0.23371258xl0-4,y=0.33678429xl02,z=-0.3367781IxlO2,試按

0+》)+2,》+0+%)兩種算法計算％+>+2的值，并將結(jié)果與精確結(jié)果比較。

解：

/Z((x+y)+z)=(0.23371258x107+0.33678429xlO2)-0.3367781IxlO2

=(0.00000023xlO2+0.33678429xlO2)-0.336778llxlO2

=0.33678452xl02-0.3367781lx102

=0.00000641xlO2

力(x+(y+z))=0.23371258x10-4+(033678429x102—033677811x102)

=0.23371258X10-4+0.00000618X102

=0.00000023xlO2+0.00000618xl02

=0.0000064IxlO2

精確計算得：

x+y+z=0.23371258x10Y+0.33678429xlO2-0.336778llxlO2

=(0.00000023371258xl02+0.33678429xl02)-0.3367781IxlO2

=0.33678452371258xl02-0.33677811xlO2

=0.0000641371258x102

第一種算法按從小到大計算，但出現(xiàn)了兩個數(shù)量級相差較大的數(shù)相加,

容易出現(xiàn)大數(shù)吃小數(shù).而第二種算法則出現(xiàn)了兩個相近的數(shù)相減，容易導(dǎo)致

有效數(shù)位的減少。計算結(jié)果證明，兩者精度水平是相同的。

***

在機器數(shù)系F(10,8,L,U)中，取三個數(shù)

x=0.23371258xl0-4,y=0.33678429xl0-2,z=-0.3367781IxlO2,試按

(x+y)+z,x+(y+z)兩種算法計算x+y+z的值，并將結(jié)果與精確結(jié)果比較。

解：

.((尤+y)+z)=(0.23371258x107+0.33678429xlO-2)-0.33677811xlO2

=(0.00233713x10-2+0.33678429xlO*2)-0.336778llxlO2

=0.33912142xl0-2-0.3367781IxlO2

=0.00003391xl02-0.3367781IxlO2

=-0.3367442xlO2

#(x+(y+z))=0.23371258X10-4+(0.33678429X10-2—033677811X1。2)

=0.23371258X10-4+(0.00003368xlO2-0.336778HxlO2)

=0.23371258X10-4-0.33674742X102

=0.00000023xlO2-0.33674742x102

=—0.33674719x102

第一種算法是按從小到大的順序計算的，防止了大數(shù)吃小數(shù)，計算更

精確。

精確計算得：

x+y+z=0.23371258x10"+0.33678429xlO2-0.336778HxlO2

=0.000023371258+0.0033678429-33.677811

=0.003391214158-33.677811

=-33.674419785842

=-0.33674419785842x102

顯然，也是第一種算法求出的結(jié)果和精確結(jié)果更接近。

7、某計算機的機器數(shù)系為F(10,2,L,U),用浮點運算分別從左到右計

算及從右到左計算

1+0.4+0.3+0.2+0.04+0.03+0.02+0.01

試比較所得結(jié)果。

解：從左到右計算得

1+0.4+0.3+0.2+0.04+0.03+0.02+0.01

=0.1x10+0.04x10+0.03x10+0.02x10+0.00x10+0.00x10+0.00x10+0.00x10

=0.19x10

=1.9

從右到左計算得

1+0.4+0.3+0.2+0.04+0.03+0.02+0.01

=0.01+0.02+0.03+0.04+0.2+0.3+0.4+1

=0.1x10-1+0.2x10-'+0.3x"+0.4xl0-1+0.2+0.3+0.4+1

=0.1+0.24-0.3+0.4+1

=0.1x10+1

=0.1x10+0.1x10

=0.2x10

=2

從右到左計算避免了大數(shù)吃小數(shù)，比從左到右計算精確。

8、對于有效數(shù)%,=-3.105,X2=0.001,%=0-100,估計下列算式的相對誤

差限

4

y,=x,+x2+x3,y2=%,%2%3,^

X3

分析：求和差的相對誤差限采取先求出和差的絕對誤差限再求相對誤

差限的方法。求積商的相對誤差限采取先求每一個數(shù)的相對誤差限再求和

的方法。

解:因為芯=一3.105,尤2=0.001,尤3=0」00都是有效數(shù),

所以￡(%)=0.0005,s(x2)=0.0005,s(x3)=0.0005

0.00050.00050.0005

刎）==0.16%,<>(X)==50%?(九)=0.5%

3.10520.0010.100

貝Us(x}+x2+x3)=￡(%)+￡(%2)+￡(演)=0.0005+0.0005+0.0005=0.0015

-、^(x,+x+x)0.00150.0015

6(X|+x,+￡)=-------2=---3p?4.99xl0^=0.05%

>+X2+X3I|-3.105+0.001+0.100|-3.004

^(x,x2x3)=b(X1)+b(z)+15)=0.16%+50%+0.5%=50.66%

x

b（二）=）+6（X3）=50%+0.5%=50.5%

X3

指出：

如果簡單地用有效數(shù)字與誤差的關(guān)系計算，則不夠精確。

注意是相對誤差限的討論.符號要正確，商的誤差限是誤差限的和而不

是差。

9、試改變下列表達式，使其計算結(jié)果比較精確（其中kl1表示X充分

接近0,兇1表示x充分大）。

(1)Inx,-Inx2,x]?x2；

⑷匕土川？0且|x|1;

X

(5)--cotx,x^0且W1o

分析：根據(jù)算法設(shè)計的原則進行變形即可。當(dāng)沒有簡單有效的方法時就

采用泰勒展開的方法。

解:(1)InX]-lnx2=ln—；

X2

(2)

1_1-X_1+X-(1-X)2

1-x1+x(l-x)(l+x)

1+x-(1-2x+x2)3x~~x2

(l-x)(l+x)(1-x)(l+x)

2

y[x(Vx2+1+A/%2-1)

或

亭(G+1+y/x2-1)

y/x

__________2__________

yfx(yj%2+1+4x2-1)

(4)

彳2〃-1

X1

------+(-l),,+1-------十???

2;4!(2〃)！

⑸

L°tx=--…2"'篇

xxx345(2/1)!

11322"紇2,1

=-x+——X+??-+-----X+???

345(2〃)！

(B”是貝努利數(shù))

指出：

①采用等價無窮小代換的方法一般不可行。近似計算中的誤差并不是無

窮小量，利用無窮小量等價代換，兩個量的差別可能恰恰是影響精度的因

素。采用等價無窮小代換，可能只會得到精度水平比較低的結(jié)論。

例如

l-cosx2s嗚嗎)2

X

-------=------X——--

xXX2

11cosxsinx-xcosx

——cotx=--------=-------------

xxsinxxsinx

x---------(x?1,sinx)

xsinx

1-cosx

sinx

?----(Ixl?1,COSX?1)

sinx

=0

試與上例比較。

有時候這種方法可以使用，例如

因為cos(x+<J>)=cosxcos<5-sinxsin5，

當(dāng)周<<1時，cos5?l,sin^?0

cos(x+S')-cosxcos-sinxsin8?cosx-sinx8

在這個計算中，由于X是常數(shù)，X的函數(shù)值實際上放大了每一項的計算

結(jié)果，使得相近的數(shù)相減的問題不很突出。

而利用一階的泰勒展開/(x+b)a/(x)+b/'《)(x<g<x+b),當(dāng)冏1時，

就有/(x+6)a/(x)+b/'(x),因"匕

cos(x+b)bcosx-bsinx

和上面的結(jié)果一樣。但顯然，用泰勒展開的方法具有一般性并能得到精

度更高的結(jié)果，而且不會有方法上出錯的可能。

②采用洛必達法則也是不可以的。實際上，無論是等價無窮小還是洛必

達法則都是極限方法，而因為近似計算中的誤差雖然可以近似地看作是微

分，但本質(zhì)上卻是一個確定的可能極小的小數(shù)而不是無窮小(趨于零的變

量)，因此近似計算是不能采用極限方法的。

③轉(zhuǎn)化的結(jié)果要化簡，比如化繁分式為簡分式，但不能取極限。取極限

就違背的了數(shù)值計算的本意。

所以，

11-x11-0,,

-------------x--------------=1-1=0A

1-x1+冗1—01+0

是錯誤的。

④極小的數(shù)做除數(shù)，實際上是9型的不定型，要轉(zhuǎn)化為非不定型。

o

10、用4位三角函數(shù)表，怎樣算才能保證1-COS2。有較高的精度？

解：根據(jù)l-cos20=2sin2「，先查表求出sinl再計算出要求的結(jié)果精度

較高。

指出：

用度數(shù)就可以。不必化為弧度。

11、利用用5。27.982求方程x2-56x+l=0的兩個根，使它們至少具有

4位有效數(shù)字。

解：

由方程的求根公式，本方程的根為

56±V^.56±2k=28±^

口22

因為7^^27.982,則

x,=28+7783?28+27.982=55.982

如果直接根據(jù)求根公式計算第二個根，則因為兩個相近的數(shù)相減會造

成有效數(shù)字的減少，誤差增大。因此

根據(jù)韋達定理百々=1，在求出％=55.982后這樣計算/：

x,=—?―1—=0.01786=0.1786x10'

■占55.982

這樣就保證了求出的根有四位有效數(shù)字。

12、試給出一種計算積分

1

/〃=e~l^xnexdx[n=0,1,2,3,...),

o

近似值的穩(wěn)定算法。

1

]]x]

解：當(dāng)n=O時，/0=e~^edx=e~\e-X)=\-e~o

o

ii

(^exdx—ex|=e-1)。

oo

bb

對L運用分部積分法(-卜加)得

aa

111

lnx-lz,vn[xn}x

In=e~^xedx=e(xe|(-n^x~edx)=e~\e-Q-n^x~edx)

000

=1—ne~l^xn}exdx=1—nl,1

o

由此得到帶初值的遞推關(guān)系式

/0=i-/

Jn=1-〃/“一］(〃=1,2,3,…)

由遞推公式L=l—nl“一解得—這是逆向的遞推公式，對

n

L的值作估計，有

1

/〃=e~]^xnexdx<ex"dx=——

oo"+1

另有

11

/“=e~]^xnexdx>e~]^xndx=e~l1

〃

00+l

(取e的指數(shù)為最小值0,將e，取作e°=1作為常數(shù)即可簡化公式)。

則-o

〃+1〃+1

那么，我們可以取其上下限的平均值作為其近似值。即取

2〃+1

可以看出，n越大，這個近似值越精確地接近于準(zhǔn)確值。

(n越大，1n的上限和下限就越接近，近似值區(qū)間的長度就越短，近似值和

精確值就越接近)

此時，en-l=In-i*—In-1=——（L：—L）=—e()=-Ie?|,計算是穩(wěn)

nnn\

定的。

實際上，如果我們要求L,可以先求出L。，這樣求出的h的誤差是比Lo

的誤差小得多的，而品的誤差本身也并不大。實際上，這樣求出的L比直接計

算出來的精確得多。

習(xí)題二解答

1.用二分法求方程x3-2x2-4x-7=0在區(qū)間［3,4］內(nèi)的根,精確到10"即誤

差不超過

2

分析：精確到IO"與誤差不超過IO"不同。

解：因為f(3)=-10V0,f(4)=9>0,所以，方程在區(qū)間［3,4］上有根。

由

b-ah-a4-31

——inL=-------=--------=——<-xlO-3

2T2〃T2

有2*1>1000,又為2i°=1024>1000,

所以n=ll,即只需要二分11次即可。

列表討論如下：

f(Xn)的符號

nbnXn

1343.500—

23.50043.750+

33.5003.7503.625—

43.6253.7503.688+

53.6253.6883.657+

63.6253.6573.641+

73.6253.6413.633+

83.6253.6333.629—

93.6293.6333.631—

103.6313.6333.632+

113.6313.6323.632——

x々Xi1=3.632。

指出：

（1）注意精確度的不同表述。精確到IO-和誤差不超過1（）7是不同的。

（2）在計算過程中按規(guī)定精度保留小數(shù)，最后兩次計算結(jié)果相同。

如果計算過7f呈中取4位小數(shù)，結(jié)果取3位，則如下表：

nf（xj的符號

anbnXn

1343.5000一

23.500043.7500+

33.50003.75003.6250—

43.62503.75003.6875+

53.62503.68753.6563+

63.62503.65633.6407+

73.62503.64073.6329+

83.62503.63293.6290—

93.62903.63293.6310—

103.63103.63293.6320+

113.63103.63203.6315—

（3）用秦九韶算法計算f（xj比較簡單。

1*.求方程X3-2X2-4X-7=0的隔根區(qū)間。

解：令y=d—2x2-4x-7,

則y'-3x2-4x-4=(3x+2)(x-2'

當(dāng)y'=3x2-4x-4-（3x+2）（x-2）=0時，有玉=一1'x2=2。

函數(shù)單調(diào)區(qū)間列表分析如下：

2_2(2.)

X（『）——22(2,+8)

-33

y十0—0+

y---------------15

27f—

因為「-2）=一亶＜0'『2）=-15＜0,所以方程在區(qū)間（-2'2）上無根；

3273

因為），（-2）=一此＜o(jì),而函數(shù)在（-8'-2）上單調(diào)增，函數(shù)值不可能變號，所以

3273

方程在該區(qū)間上無根；

因為)，2=-15<0,函數(shù)在(2,+8)上單調(diào)增，所以方程在該區(qū)間上最多有

一個根，

而(3)=-10<0,y(4)=9>0,所以方程在區(qū)間(3,4)有一個根。

所以，該方程有一個根，隔根區(qū)間是(3.4)。

2.證明1-x-sinx=O在［0,1］內(nèi)有一個根，使用二分法求誤差不大于gxlO"

的根，需要迭代多少次？

分析：證明方程在指定區(qū)間內(nèi)有一個根，就是證明相應(yīng)的函數(shù)在指定區(qū)間

有至少一個零點。

解：令/(x)=l-x-sinx,

因為/(0)=l—0—sin0=l>0J(l)=l-1—sinl=—sinl<0,

則〃0)/(1)<0,

由零點定理，函數(shù)f(x)在［0,1］區(qū)間有一個根。

III

I*1,一a”b—a1—011A_4

I"I22"T2"2

有2^1>10000,又為2i°=1024,213=8192<10000,214=16384>10000

所以n=15,即需要二分15次。

指出：

要證明的是有一個解而不是唯一解，因此不必討論單調(diào)性。

70

3.試用迭代公式Z+1=-^--------=1，求方程/+2尤2+10/-20=0的

芍++10

根，要求精確到105。

分析：精確到10-5即誤差不超過-X10-5

2

解：令/(x)=1+2x2+lOx-20

列表進行迭代如下：

x?/區(qū))

01-7

11.538463.75964

21.29502-1.52380

31.401820.70311

41.35421-0.30667

51.375300.13721

61.36593-0.06067

71.370090.02705

81.36824-0.01198

91.369060.00531

101.36870-0.00228

111.368860.00110

121.36879-0.00038

131.368820.00025

141.368813992x1O-5

151.368813992x10-5

指出：

精確到105可以從兩個方面判定。第一，計算過程中取小數(shù)到105位，最后

兩個計算結(jié)果相同，終止計算。第二，計算過程中取小數(shù)到KT。，當(dāng)

終止計算。

本題采用第一種方法。

COS.

4.將一元非線性方程2x-e'=0寫成收斂的迭代公式，并求其在%=05

附近的根，要求精確到IO-。

coscos

COScos9x2x

解：2x-e'=0改寫為2x=—=1=0,則

xx

cosee

2x'H.

X=X-------1，*ix.

/、cos

()2x

2X=XH-------1

有

(sincos)272Slnx+-)

2x+x4

-----------=1-------------

eje-刀

在Xo=O,5處，因為

r-sin(.)

()2V205+-K

g'05=1-------——^-=09615<l

cos

所以迭代法gX*M=4+-1在x。=0，5的鄰域內(nèi)收斂。

ek

列表迭代如下：

Xk

00.5

10.71

20.69

30.69

COS...

止匕時2069—e°A69=000614。

5.為求方程d-1=0在x°=r5附近的一個根，設(shè)將方程改為下列等價

形式，并建立相應(yīng)的迭代公式：

()]1

1X=1+—迭代公式/+]=1+=

(2x3=14-X2'迭代公式/+[=(1+X；%

(3'迭代公式x*+|=-7~

x-1v1片

4-1-

試分析每種迭代公式的收斂性，并取一種公式求出具有4位有效數(shù)字的近

似值。

解：(1)因為x=l+],所以迭代函數(shù)為g1Ll+4,則

XX

JJ=g"'=(-2)=-2x-3,[J15]=|-2xl57卜—=—^—<1滿足局部

x153375

收斂性條件，所以迭代公式=1+4具有局部收斂性。

()【所以迭代函數(shù)為g(上，/；,則

(2)因為x=1+x2-

,()1(,^-i2(,2月2x

2X=-1+X-232x--X1+X-,工，

331+/號

=0456<1滿足局部收斂性條件，所以迭代公式

31+152^

具有收斂性。

(3)因為》=］彳，所以迭代函數(shù)為則

x-/x-H

|g乙?5：|=，；5-1*=—^=1,414>1不滿足收斂性條件，所以迭代公式

22x055

4M=1\不具有收斂性。

4-12

用迭代公式ki=1+4列表計算如下：

不

01.5

11.444

21.480

31.457

41.471

51.462

61.468

71.464

81.467

91.465

101.466

111.465

所以，方程的近似根為x*a「465。

6.設(shè)夕2=x+c"_3),應(yīng)如何取C才能使迭代公式%=夕1*,具有局部

收斂性？

解：設(shè)C為常數(shù)，因為°1)=X+C(X2-3),所以JX)=1+2CX,要使迭代

公式具有局部收斂性，需忸'=+此時即有-1<1+2&。<1,也即

-l<Cx0<Oo即只要C去滿足如上條件的常數(shù)，就可以使得迭代公式具有局

部收斂性。

指出：

下面的討論是不合適的：

因為=x+c3—3),所以x=x+C，—3),所以。(/-3)=0,所以

x=±百，由此確定方程的準(zhǔn)確值。

要明確的是，方程的準(zhǔn)確值時不知道并難以獲得的，因此才需要迭代法。

用解析法確定公式解在討論在邏輯上是不通的。同時，這里強調(diào)的是一類方程的

迭代解法的收斂性，也不應(yīng)局限在具體的求解，關(guān)鍵是確定C的范圍。

7.用牛頓法求方程V—3x7=0在初始值x°=2鄰近的一個正根，要求

Iki—<103。

解：因為X3—3X—1=0

所以有/(x)=x3-3x-1,相應(yīng)的迭代公式為

X；—3x..—1+1

y_丫入人______2________

八|―*--3--3-3x；-3

取x0=2為迭代的初始近似值。迭代的結(jié)果列表如下：

k0123

Xk21.88891.87951.8794

因為k-引=0.0001<|xl0-3,符合計算的精度要求,所以

x*xx3=1.8794o

8.用牛頓法解方程，-c=0,導(dǎo)出計算數(shù)c的倒數(shù)而不用除法的一種簡單

X

的迭代公式。用此公式求0.324的倒數(shù)，設(shè)初始值x0=3,要求計算有5位有效

數(shù)字。

解：對于方程1-c=0,W/V=--c,相應(yīng)的迭代公式為

XX

1

-------C

々O2

Z+1=4--=2Xk-cXk。

三

應(yīng)用該迭代公式求0.324的倒數(shù)，列表計算如下

Xk

03

13.084

23.0864

33.0864

1.

所以「一?30864o

0324

指出：

如果將方程