41977

Численное дифференцирование и интегрирование

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Вычислить интеграл по формуле прямоугольников используя для оценки точности двойной просчет при n1= 8 и n2=10. По формуле левых прямоугольников получим I1=h0126.72062243; По формуле правых прямоугольников находим I2=h 6.15576821; Работа 3 Задание: 1 Вычислить интеграл по формуле трапеций с тремя десятичными знаками.

Русский

2013-10-26

1.37 MB

32 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДВНЗ «КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені В. Гетьмана»

КАФEДРА ІHФОРМАТИКИ

                                          

                                    

                                  

                                    

                      

          

Лабоpатоpна pобота №3,4

з дисципліни “Чисельні методи в інформатиці"

на тему: «Численное дифференцирование и интегрирование»

                

                                   

Виконав

Студент 2 куpсу

факультету ІСІТ                                                                                        

2 гpупи

Маштабєй В.С.

Пеpевіpив

Ігнатенко В.М.

Київ 2011

Работа 1

Задание: с помощью интерполяционных формул Ньютона, Гаусса, Стирлинга    и Бесселя найти значение первой и второй производных при данных значениях аргумента для функции, заданной таблично. 

Найти значения первой и второй производной данной функции при х1=3.65; х2=3.87; х3=3; х4=3,04; n=25. Составим диагональную таблицу конечных разностей данной функции.

x

y(x)

∆yi

2yi

3yi

4yi

2.400

3.526

0.256

-0.093

0.028

0.000

2.600

3.782

0.163

-0.065

0.028

-0.001

2.800

3.945

0.098

-0.037

0.027

-0.001

3.000

4.043

0.061

-0.010

0.026

0.000

3.200

4.104

0.051

0.016

0.026

-0.001

3.400

4.155

0.067

0.042

0.025

0.000

3.600

4.222

0.109

0.067

0.025

-0.001

3.800

4.331

0.176

0.092

0.024

0.000

4.000

4.507

0.268

0.116

0.024

-

4.200

4.775

0.384

0.140

-

-

4.400

5.159

0.524

-

-

-

4.600

5.683

-

-

-

-

Выбор полинома осуществляется исходя из требования получения

минимальной величины погрешности интерполяции и определяется величиной t.

  1.  Положим х0=3.6; тогда t=(x-x0)/h=(3.65-3.6)/0.2= 0.25

Если t=(x-x0)/h ≤ 0.25, то используем формулы

Получающимися из формулы Бесселя.

Находим

Y`(3.6)≈ 0.475573;

Y``(3.6) ≈1.20625;

  1.  Положим х0=3,8, тогда t =(x-x0)/h=(3.87-3.8)/0.2= 0.35

Таким образом получаем, что 0,25 ≤ |t| ≤ 0,75. В этом случае используем формулы

Получающимися из формулы Бесселя.

Находим

Y`(3,8) ≈ 0.816573;

Y``(3.8) ≈ 1.893750;

  1.  Положим х0=3.0, тогда t =(x-x0)/h=(3,0-3,0)/0,2=0. Воспользуемся для вычислений формулами

Получающимися из первой интерполяционной формулы Ньютона.

Находим

Y`(3,0)≈ 0.373333;

Y``(3,0) ≈-0.9;

  1.  Положим х0=3,04, тогда t =(x-x0)/h=(3,04-3,0)/0,2= 0.2

Если t=(x-x0)/h ≤ 0.25, то используем формулы

Получающимися из формулы Бесселя.

Находим

Y`(3,04)≈ 0.436408;

Y``(3,04) ≈ 1.127;

Работа 2

Задание: 1) Вычислить интеграл по формулам левых и правых прямоугольников при n=10, оценивая сравнения полученных результатов.

2) Вычислить интеграл по формуле прямоугольников, используя для оценки точности двойной просчет при n1= 8 и n2=10.

1) Для вычисления по формулам левых и правых прямоугольников при n=10 разобьем отрезок интегрирования на 10 частей с шагом h=(b-a)/n=(2.2-1)/10=0.12

Составим таблицу значений подынтегральной функции в точках деления отрезка:

0

1

2.800000

1.673320

1.449138

3.049138

0.548785

1

1.12

3.003520

1.733067

1.509967

3.109967

0.557262

2

1.24

3.230080

1.797242

1.568439

3.168439

0.567233

3

1.36

3.479680

1.865390

1.624808

3.224808

0.578450

4

1.48

3.752320

1.937091

1.679286

3.279286

0.590705

5

1.6

4.048000

2.011964

1.732051

3.332051

0.603822

6

1.72

4.366720

2.089670

1.783255

3.383255

0.617651

7

1.84

4.708480

2.169903

1.833030

3.433030

0.632066

8

1.96

5.073280

2.252394

1.881489

3.481489

0.646963

9

2.08

5.461120

2.336904

1.928730

3.528730

0.662251

10

2.2

5.872000

2.423221

1.974842

3.574842

0.677854

6.005187;

6.134256;

Найдем приближенные значения интеграла. По формуле левых прямоугольников получим

I1=h*0,12*6.005187=0.72062243;

По формуле правых прямоугольников находим

I2=h* 6.134256= 0.73611076;

Эти результаты отличаются уже в сотых долях. За окончательное значение примем полусумму найденных значений, округлив результат до тысячных:

I=( I1+ I2)/2= 0.72836659;

2) Для решения воспользуемся формулой средних прямоугольников

Вычисления выполним дважды при n1= 8 и n2=10 и соответственно при h1=(b-a)/n1=(1-0.6)/8=0,05 и h2=(b-a)/n2=(1-0.6)/10=0,04. Результаты вычислений приведены в таблицах.

0

0.6

0.625000

0.963558

2.124836011

0.283421

1

0.65

0.675000

0.975723

2.103845316

0.313052

2

0.7

0.725000

0.985450

2.082221207

0.343120

3

0.75

0.775000

0.992713

2.059983146

0.373475

4

0.8

0.825000

0.997495

2.037151144

0.403963

5

0.85

0.875000

0.999784

2.013745749

0.434420

6

0.9

0.925000

0.999574

1.989788025

0.464675

7

0.95

0.975000

0.996865

1.965299531

0.494552

 

 

 

 

              

3.110679

Таблица 2

0

0.6

0.620000

0.963558185

2.124836011

0.281154

1

0.64

0.660000

0.973484542

2.108094741

0.304777

2

0.68

0.700000

0.98185353

2.090945627

0.328702

3

0.72

0.740000

0.988651763

2.073398549

0.352852

4

0.76

0.780000

0.993868363

2.055463611

0.37715

5

0.8

0.820000

0.997494987

2.037151144

0.401515

6

0.84

0.860000

0.999525831

2.018471696

0.425863

7

0.88

0.900000

0.999957646

1.999436025

0.450108

8

0.92

0.940000

0.998789743

1.980055096

0.47416

9

0.96

0.980000

0.99602399

1.960340071

0.497926

 

 

 

 

                     

3.894205

I1=h1*0,05*3.110679=0.15553393;

I2=h2*0,04*3.894205=0.15576821;

Значения различаются в тысячных долях, но второе значение точнее второго, потому принимаем I≈0.15576821;

Работа 3

Задание: 1) Вычислить интеграл по формуле трапеций с тремя десятичными знаками.

2) Вычислить интеграл по формуле Симпсона при n=8; оценить погрешность результатов, составив таблицу конечных разностей.

1)  Для достижения заданной степени точности необходимо определить значение n так, чтобы

((b-a)3/12n2)*M2< 0.0005

Здесь а=0,6; b=1,4; M2maxf``(x)│, где f(x)=   

Находим

f`(x)=, f ``(x)=

max[0.6;1.4] f``(x)│< ≈ 1482.489

Положим M2 =1483, тогда неравенство примет вид ((1,4-0,6)3*1483)/12n2 <0.0005, откуда

n2 >63,27, т.е. n>8, возьмем n=10.

Вычисление интеграла производим по формуле

 

Где h=(b-a)/n=(1,4-0,6)/10=0,08, yi=y(xi)=1/; xi=0.6+ih (i=0,1,2,…,10)

Таблица 1

0

0.6

0.36

3.82

1.954482029

0.511645

 

1

0.68

0.4624

5.0488

2.246953493

 

0.445047

2

0.76

0.5776

6.4312

2.535981072

 

0.394325

3

0.84

0.7056

7.9672

2.822622894

 

0.35428

4

0.92

0.8464

9.6568

3.107539219

 

0.321798

5

1

1

11.5

3.391164992

 

0.294884

6

1.08

1.1664

13.4968

3.673799124

 

0.272198

7

1.16

1.3456

15.6472

3.955654181

 

0.252803

8

1.24

1.5376

17.9512

4.236885649

 

0.236022

9

1.32

1.7424

20.4088

4.517609988

 

0.221356

10

1.4

1.96

23.02

4.797916214

0.208424

 

 

 

 

 

 

0.720068

2.792713

Таким образом

I=0,08(0,720068/2 +2,792713)=0,25222

2) Согласно условию n=8, поэтому h=(b-a)/n=(2,8-1,2)/8=0,2. Вычислительная формула имеет вид

Где yi =y(xi)=

xi=1.2+ih (i=0,1…,8)

Вычисление значений функции, а также сложение значений функции, имеющих одинаковые коэффициенты в формуле, производим в табл.2.

Таблица 2

0

1.2

2.44

0.38739

1.4

1.742857

 

 

1

1.4

2.96

0.471292

1.8

 

1.644444444

 

2

1.6

3.56

0.55145

2.2

 

 

1.618181818

3

1.8

4.24

0.627366

2.6

 

1.630769231

 

4

2

5

0.69897

3

 

 

1.666666667

5

2.2

5.84

0.766413

3.4

 

1.717647059

 

6

2.4

6.76

0.829947

3.8

 

 

1.778947368

7

2.6

7.76

0.889862

4.2

 

1.847619048

 

8

2.8

8.84

0.946452

4.6

1.921739

 

 

 

 

 

 

 

3.664596

6.840479782

5.063795853

Следовательно

I=0,02/3*(3.664596+4*6.840479782+2*5.063795853)= 2.7436071≈ 2.7436

Для оценки точности полученного результата составим таблицу конечных разностей функций до разностей четвертого порядка (табл.3).

i

yi

∆ yi

∆2 yi

∆3 yi

∆4 yi

0

1.742857

-0.098413

0.07215

-0.033299891

0.01776

1

1.644444

-0.026263

0.03885

-0.015540016

0.007313

2

1.618182

0.0125874

0.02331

-0.008227067

0.003464

3

1.630769

0.0358974

0.015083

-0.004763039

0.001814

4

1.666667

0.0509804

0.01032

-0.002948546

0.001025

5

1.717647

0.0613003

0.007371

-0.001923099

 

6

1.778947

0.0686717

0.005448

 

 

7

1.847619

0.07412

 

 

 

8

1.921739

 

 

 

 

Так как max│ ∆4yi│= 0,01776, то остаточный член формулы

Rост<≈≈0.000157867;


Работа 4

Задание: Найти приближенное значение интеграла по формуле «трех восьмых», используя для контроля точности вычислений двойной просчет при n1= 9 и n2= 12.

Воспользуемся формулой «трех восьмых», выражающей данный интеграл через суммы значений подынтегральной функции.

  1.  n1= 9; h=(2,9-1,1)/9= 0,2

Запишем вычисления в таблице

i

xi

1+0,4x^2

sqrt(1.1x^2+1.2)

0.7+sqrt(1.1x^2+1.2)

y0,9

y1,2,4,5,7,8

y3,6

0

1.1

1.484

1.590911688

2.290911688

0.647777

 

 

1

1.3

1.676

1.748999714

2.448999714

 

0.684361

 

2

1.5

1.9

1.917028951

2.617028951

 

0.726014

 

3

1.7

2.156

2.092606031

2.792606031

 

 

0.772039

4

1.9

2.444

2.273983289

2.973983289

 

0.821793

 

5

2.1

2.764

2.459878046

3.159878046

 

0.874717

 

6

2.3

3.116

2.64933954

3.34933954

 

 

0.930333

7

2.5

3.5

2.841654448

3.541654448

 

0.988239

 

8

2.7

3.916

3.036280619

3.736280619

 

1.048101

 

9

2.9

4.364

3.232800643

3.932800643

1.109642

 

 

 

 

 

 

 

1.757419

5.143226

1.702371

I1=((3*0.2)/8)()= 4.118367796;

2) n1= 9; h=(2,56-0,4)/12= 0,18

Составим таблицу

i

xi

1+0,4x^2

sqrt(1.1x^2+1.2)

0.7+sqrt(1.1x^2+1.2)

y0,12

y1,2,4,5,7,8,10,11,8

y3,6,9

0

1.1

1.484

1.590911688

2.290911688

0.647777

 

 

1

1.25

1.625

1.708434956

2.408434956

 

0.674712014

 

2

1.4

1.784

1.831938864

2.531938864

 

0.704598371

 

3

1.55

1.961

1.960293345

2.660293345

 

 

0.737137

4

1.7

2.156

2.092606031

2.792606031

 

0.772038725

 

5

1.85

2.369

2.228171896

2.928171896

 

0.809037203

 

6

2

2.6

2.366431913

3.066431913

 

 

0.847891

7

2.15

2.849

2.506940366

3.206940366

 

0.888385712

 

8

2.3

3.116

2.64933954

3.34933954

 

0.930332671

 

9

2.45

3.401

2.793340294

3.493340294

 

0.973567

10

2.6

3.704

2.938707199

3.638707199

 

1.017943956

 

11

2.75

4.025

3.085247154

3.785247154

 

1.063338756

 

12

2.9

4.364

3.232800643

3.932800643

1.109642

 

 

 

 

 

 

 

1.757419

6.860387408

2.558595

I2=(3*0,24/8)*(= 4.118365513;

Полученные результаты совпадают полностью, поэтому принимаем

I ≈4.118367796;


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68175. ПЛАНУВАННЯ СТРУКТУРИ КАПІТАЛУ ПРОМИСЛОВО-ФІНАНСОВИХ ГРУП 495 KB
  В Україні інтегровані об’єднання що діють за принципом промислово-фінансових груп ПФГ формують вагому базу національної економіки і є одними з лідерів в обраних галузях. Оптимізація структури капіталу ПФГ є одним із важливих чинників їхнього функціонування в умовах що склалися на ринках капіталу та інвестицій.
68176. ДИРЕКТИВИ В УСНОМУ МОВЛЕННІ ДІТЕЙ МОЛОДШОГО ШКІЛЬНОГО ВІКУ 239.5 KB
  Рульова своїми дослідженнями проведеними на матеріалі англійської французької російської а також частково української мови підготували ґрунт для комплексного вивчення мовлення дітей. Об’єктом переважної більшості онтолінгвістичних розвідок є мовлення дітей...
68177. ПСИХОДРАМА ЯК СЮЖЕТОТВОРЧИЙ КОМПОЗИЦІЙНИЙ ПРИНЦИП В РОМАНАХ МАРО ДУКА 186.5 KB
  Творчість Маро Дука яскраво репрезентує жіночу постмодерністську літературу сучасної Греції. Маро Дука нар. Після 1981 року Маро Дука присвятила себе письменницькій діяльності її твори відомі у Греції та в інших країнах свідченням чого є численні критичні статті присвячені її творчості...
68178. ДЕРЖАВНЕ РЕГУЛЮВАННЯ РОЗВИТКУ МАЛОГО ТА СЕРЕДНЬОГО ПІДПРИЄМНИЦТВА В УМОВАХ ІНФОРМАЦІЙНОГО СУСПІЛЬСТВА 185 KB
  В умовах інформаційного суспільства радикальних змін у відносинах власності проблема становлення й розвитку малого та середнього підприємництва в Україні набуває важливого значення. Актуальність теми дослідження зумовлена недостатньою теоретичною розробкою підходів до обґрунтування...
68179. Теоретико-методичні засади реалізації фізичної компоненти Державного стандарту базової середньої освіти 27.99 MB
  Загальна середня освіта протягом останніх років зазнала суттєвих змін як у напрямі законодавчого і нормативного регулювання, так і у створенні й впровадженні в освітню практику нових методичних систем і педагогічних технологій.
68180. ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ФІЗІОПУНКТУРИ ДЛЯ ОЦІНКИ ТА КОРЕКЦІЇ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ СПОРТСМЕНІВ 322 KB
  Підвищити ефективність профілактики ризику виникнення донозологічних та патологічних станів у осіб, що знаходяться під впливом тривалих психофізичних навантажень, шляхом дослідження можливостей застосування неінвазивних методів фізіопунктури...
68181. ФОРМУВАННЯ ДОСЛІДНИЦЬКОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНЬОГО ВЧИТЕЛЯ ХІМІЇ В СИСТЕМІ ВИЩОЇ ОСВІТИ 322.5 KB
  Формування у випускників вищих навчальних закладів освіти вмінь та навичок дослідницької діяльності розглядаємо як одне з основних завдань підготовки майбутнього вчителя. Результати проведеного нами пілотажного дослідження показали недостатню сформованість дослідницької компетентності...
68182. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ ЗАСТОСУВАННЯ ІННОВАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ У ПІДГОТОВЦІ ФАХІВЦІВ СОЦІОНОМІЧНИХ ПРОФЕСІЙ У ВИЩІЙ ШКОЛІ 801.5 KB
  Зважаючи на багатоаспектне теоретичне обґрунтування компетентнісного підходу та виокремлення різновидів професійних компетентностей у науці не запропоновано цілісного підходу до з’ясування та формування базових професійних компетентностей у майбутніх...
68183. Синтез робастної електромеханічної системи із розподіленими параметрами механічної частини об’єкту регулювання 821 KB
  Керування багатьма технічними об’єктами і технологічними процесами здійснюється за допомогою подовжених конструкцій що зв’язують приводний двигун із робочим органом. При керуванні такими протяжними об’єктами необхідно враховувати власні механічні коливання обумовлені пружними властивостями...