Tuyển tập 30 bài toán về Phương pháp tính | Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tuyển tập 30 bài toán về Phương pháp tính | Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tài liệu được biên soạn giúp các bạn tham khảo, củng cố kiến thức, ôn tập và đạt kết quả cao kết thúc học phần. Mời các bạn đọc đón xem!

20 10 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Phương pháp tính (BK)

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thông tin:

30 trang 1 tháng trước

Tác giả:

Profile Thùy Dương
Bài 2: Dùng phương pháp chia đôi tìm nghiệm gần đúng của
x + 3x - 3 = 0
3
2
với độ chính xác 10
-3
, biết khoảng phân ly nghiệm (-3 ; -2).
Lời giải :
Ta có: f (x) = x + 3x
3
2
- 3
f’ (x) = 3 x +6x <=> f’(x) = 0 => x1 = 0
2
x2 = -2
Bảng biến thiên:
X -2 0 +∞
f (x) 0 0 +∞
f (x) -∞
1 -3
Ta có :
f (-3) = - 3 < 0 Khoảng phân ly nghiệm [ -3; -2]
f (-2) = 1 > 0
Áp dụng phương pháp chia đôi ta có:
C1 =
2
ba
=
2
)2()3(
= -2.5 => F1(C1) = 0.125 >0
=> Khoảng phân ly nghiệm [ -3;-2.5 ]
C2 =
2
)5.2()3(
= -2.75 => F2(C2) = -1.109 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.75; -2.5 ]
C3 =
2
)5.2()75.2(
= -2.625 => F3(C3) = - 0.416 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.625; -2.5 ]
C4 =
2
)5.2()625.2(
= -2.5625 => F4(C4) = - 0.127 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.5625; -2.5 ]
C5 =
2
)5.2()5625.2(
= -2.53125 => F5(C5) = 0.004 >0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.5625; -2.53125 ]
C6 = -2.546875 => F6(C6) = - 0.061 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.546875; -2.53125 ]
C7 = -2.5390625=> F7(C7) = - 0.029 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.5390625; -2.53125 ]
C8 = -2.53515=> F8(C8) = - 0.012 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.53515; -2.5390625 ]
C9 = -2.537106=> F9(C9) = - 0.020 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.537106; -2.5390625 ]
C10 = -2.538084=> F10(C10) = - 0.024 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.538084; -2.5390625 ]
Ta lấy nghiệm gần đúng:
= - 2.538084
Đánh giá sai số: |α – b |
n
≤ b
n
-
a
n
= |-2.5390625 –
(-2.538084)
| = 9,785.10
- 4
< 10
-3
Bài 3: Dùng phương pháp lặp, tìm nghiệm đúng với độ chính xác
10
-
3
a)
x
3
+ 3x
2
– 3 = 0 , biết khoảng cách ly nghiệm là ( -2.75; -2.5)
b)
1x
=
x
1
Lời giải :
a) x
3
+ 3x
2
– 3 = 0 , biết khoảng cách ly nghiệm là [ -2.75; -2.5]
<=> x
3 2
= 3 - 3x <=> (3 - 3x
2
)
1/3
Ta nhận thấy | f
’
(x)
|
≤ 0.045< 1 nên ta chọn hàm lặp (3 - 3x )
(x)
=
2
1/3
Để bắt đầu quá trình lặp ta chọn x
o
là 1 số bất kỳ [ -2.75; -2.5] €
Do f < 0 nên ta chọn đầu b = - 2.5 cố định, chọn xấp xỉ đầu x
(- 2.5) 0
= - 2.5
Ta có quá trình lặp .
Đặt (3 - 3x
(x)
=
2
)
1/3
<=>
’
(x)
=
3
1
(3 – 3x)
-2/3
=
3
1
.
3
22
)33(
1
x
Để bắt đầu quá trình lặp ta chọn x
o
là 1 số bất kỳ [ -2.75; -2.5] €
x
o
= - 2.5 ; q =
3
1
. Vì
€ [ -2.75; -2.5]
ta có:
| |
’
(x)
3
1
x [ -2.75; -2.5]; < 0
€
’
(x)
x [ -2.75; -2.5] €
(3 - 3x )
x
n + 1
=
2
1/3
= - 2.5 x
o
x
1
= (3 – 3.(-2.5) ) = -2.5066
2 1/3
x
2
= (3 – 3.( x
1
)
2
)
1/3
= -2.5119
x
3
= (3 – 3.( x
2
)
2
)
1/3
= -2.5161
x
4
= (3 – 3.( x
3
)
2
)
1/3
= -2.5194
x
5
= (3 – 3.( x
4
)
2
)
1/3
= -2.5221
x
6
= (3 – 3.( x
5
)
2
)
1/3
= -2.5242
x
7
= (3 – 3.( x
6
)
2
)
1/3
= -2.5259
x
8
= (3 – 3.( x
7
)
2
)
1/3
= -2.5272
x
9
= (3 – 3.( x
8
)
2
)
1/3
= -2.5282
x
10
= (3 – 3.( x
9
)
2
)
1/3
= -2.590
x
11
= (3 – 3.( x
10
)
2
)
1/3
= -2.5296
x
12
= (3 – 3.( x
11
)
2
)
1/3
= -2.5301
Ta lấy nghiệm gần đúng:
= - 2.5301
Đánh giá sai số: |
- x
12
| =
q
q
1
| x - x
12 11
| = 2.5.10
- 4
< 10
-3
b)
1x
=
x
1
Đặt f(x) =
1x
-
x
1
Từ đồ thị ta có :
f = - 0.12473 < 0
(0.7)
f = 0.09164 > 0
(0.8)
f . f
(0.7) (0.8)
< 0 . Vậy ta có khoảng phân ly nghiệm là [ 0.7; 0.8]
Ta có:
<=> x =
1
1
x
= (x + 1 )
- 1/2
Đặt (x + 1 ) <=>
(x)
=
- 1/2
’
(x)
= -
2
1
(x + 1)
- 3/2
= -
2
1
.
3
)1(
1
x
Ta nhận thấy | f
’
(x)
|
≤ 0.4141< 1 nên ta chọn hàm lặp (x + 1 )
(x)
=
- 1/2
Để bắt đầu quá trình lặp ta chọn x
o
là 1 số bất kỳ [ 0.7; 0.8] €
Do f < 0 nên ta chọn đầu b = 0.8 cố định, chọn xấp xỉ đầu x
(0.7) 0
= 0.7.
Ta có quá trình lặp
q = 0.4141 . Vì
€ [ 0.7; 0.8]
ta có:
|
’
(x)
|
2
1
x [ 0.7; 0.8] ;
€
’
(x)
< 0
x [ 0.7; 0.8] €
(x + 1 )
x
n + 1
=
-1/2
= 0.7 x
o
x
1
= (0.7 + 1 ) = 0.766964988
-1/2
x x
2
= (
1
+ 1 )
-1/2
= 0.75229128
x x
3
= (
2
+ 1 ) = 0.755434561
-1/2
x x
4
= (
3
+ 1 )
-1/2
= 0.754757917
Ta lấy nghiệm gần đúng:
= 0.754757917
Đánh giá sai số: |
- x
4
| =
q
q
1
| x – x
4 3
| = 4,7735.10
-4
< 10
-3
Bài 4: Dùng phương pháp dây cung và tiếp tuyến, tìm nghiệm đúng với độ
chính xác 10
-2
a) x
3
+ 3x
2
+ 5 = 0
b) x
4
– 3x + 1 = 0
Lời giải :
a) x
3
+ 3x
2
+ 5 = 0
Tìm khoảng phân ly nghiệm của phương trình:
f (x) = x
3
+ 3x
2
+ 5
<=> x
3
= 5 - 3x
2
Đặt y1 = x
3
y2 = 5 - 3x
2
y
-2 0 1 x
-1
-2
Từ đồ thị ta có:
f (-2 ) = - 9 < 0
Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1 ]
f (-1 ) = 1 > 0
Vì f (-2 ) . f (-1 ) < 0
* Áp dụng phương pháp dây cung ta có:
Do f (-2 ) = - 9 < 0 => chọn x
o
= -2
x
1
= x
o
–
)()(
)).((
0
afbf
abxf
= -1.1
f ( ) = 0.036 > 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1.1 ] x
1
x
2
= x
1
–
)()(
)).((
1
afbf
abxf
= -1.14
f ( ) = 0.098 > 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1.14 ] x
2
x
3
= x
2
–
)()(
)).((
2
afbf
abxf
= -1.149
f ( ) = 0.0036> 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1.149 ] x
3
x x
4
= -1.152 => f (
4
) = 0.015> 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [- 2 ; -1.152 ]
x x
5
= -1.1534 => f (
5
) = 0.0054 > 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [- 2 ;-1.1534 ]
x x
6
= -1.1539 => f (
6
) = -1.1539 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [- 2 ;-1.1539 ].
Ta chọn nghiệm gần đúng
= - 1.53
Đánh giá sai số: |
- x
6
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : 0 < m
f (x)
’
x [-2 ;-1] € |
- x
6
|
1.36 .10
-3
< 10
-2
* Áp dụng phương pháp tiếp tuyến ( Niwtơn) ta có:
f (-2) = 19 > 0
’
f (-2) = -12 < 0
’’
=> f (-2) . f (-2) < 0 nên ta chọn
’ ’’
x
0
= -2
Với = -2 ta có: x
0
x
1
= - x
0
)(
)(
0
'
0
xf
xf
= -1.4
x x
2
=
1
-
)(
)(
1
'
1
xf
xf
= -1.181081081
x x
3
=
2
-
)(
)(
2
'
2
xf
xf
= -1.154525889
x x
4
=
3
-
)(
)(
3
'
3
xf
xf
= -1.15417557
Ta chọn nghiệm gần đúng
= - 1.154
Đánh giá sai số: |
- x
4
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : | f
’
(x) |
m > 0
x [-2 ;-1] € |
- x
4
|
1.99 .10
- 4
< 10
-2
b) x
4
– 3x + 1 = 0
Tìm khoảng phân ly nghiệm :
f (x) = x – 3x + 1
4
f’(x) = 4x - 3 <=> f’(x) = 0 => => x =
3
3
4
3
=
3
75.0
Bảng biến thiên:
X -∞
3
75.0
+∞
f (x) -∞ 0 +∞
f (x) - 1.044
Ta có :
f (0) = 1 > 0
f (1) = -1< 0 Khoảng phân ly nghiệm [ 0 ; 1 ] ; [ 1; 2 ]
f (2) = 11> 0
* Áp dụng phương pháp dây cung trong khoảng ta có: [ 0 ; 1 ]
Do f (1 ) = - 1 < 0 => chọn x
o
= 1
x
1
= x
o
–
)()(
)).((
0
afbf
abxf
= 0.5
f ( ) = - 0.4375 <0 => Khoảng phân ly nghiệm [ 0; 0.5 ] x
1
x
2
= x
1
–
)()(
)).((
1
afbf
abxf
= 0.3478
f ( ) = - 0.0288 <0 => Khoảng phân ly nghiệm [ 0 ; 0.3478] x
2
x
3
= x
2
–
)()(
)).((
2
afbf
abxf
= 0.3380
f ( ) = - 0.00095 < 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ 0 ; 0.3380] x
3
x x
4
= 0.3376 => f (
4
) = 0.0019 > 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [0.0019; 0.3380]
Ta chọn nghiệm gần đúng
= 0.3376
Đánh giá sai số: |
- x
4
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : 0 < m
f (x)
’
x € |
- x
4
|
1.9.10 10
- 4
<
-2
* Áp dụng phương pháp tiếp tuyến ( Niwtơn) trong khoảng [ 0 ; 1 ] ta có:
f (1) = 1 > 0
’
f (1) = 12 > 0
’’
=> f (1) . f (1) > 0 nên ta chọn
’ ’’
x
0
= 0
Với = 0 ta có: x
0
x
1
= - x
0
)(
)(
0
'
0
xf
xf
= 0.3333
x x
2
=
1
-
)(
)(
1
'
1
xf
xf
= 0.33766
x x
3
=
2
-
)(
)(
2
'
2
xf
xf
= 0.33766
Ta chọn nghiệm gần đúng
= 0.3376
Đánh giá sai số: |
- x
3
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : | f
’
(x) |
m > 0
x [ 0 ; 1 ] € |
- x
3
|
6 .10
- 5
< 10
-2
* Áp dụng phương pháp dây cung trong khoảng [ 1; 2 ] ta có:
Do f (1 ) = - 1 < 0 => chọn x
o
= 1
x
1
= x
o
–
)()(
)).((
0
afbf
abxf
= 1.083
f ( ) = - 0.873<0 => Khoảng phân ly nghiệm [1.083; 2] x
1
x
2
= x
1
–
)()(
)).((
1
afbf
abxf
= 1.150
f ( ) = - 0.7 <0 => Khoảng phân ly nghiệm [1.150; 2] x
2
x
3
= x
2
–
)()(
)).((
2
afbf
abxf
= 1.2
f ( ) = - 0.526< 0 => Khoảng phân ly nghiệm [1.2 ; 2] x
3
x x
4
= 1.237 => f (
4
) = -0.369 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.237 ; 2]
x x
5
= 1.2618 => f (
5
) = -0.25 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2618 ; 2]
x x
6
= 1.2782 => f (
6
) = - 0.165 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2782 ; 2]
x x
7
= 1.2889 => f (
7
) = - 0.1069 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2889; 2]
x x
8
= 1.2957 => f (
8
) = - 0.068 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2957; 2]
x
9
= 1.3000 => f (x
9
) = - 0.0439 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.3; 2]
x
10
= 1.3028 => f (x
10
) = - 0.027 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.3028; 2]
Ta chọn nghiệm gần đúng
= 1.30
Đánh giá sai số: |
- x
10
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : 0 < m
f (x)
’
x € |
- x
10
|
-2.8.10
- 3
< 10
-2
* Áp dụng phương pháp tiếp tuyến ( Niwtơn) trong khoảng [ 1; 2 ] ta có:
f (1) = 1 > 0
’
f (1) = 12 > 0
’’
=> f (1) . f (1) > 0 nên ta chọn
’ ’’
x
0
=2
Với = 0 ta có: x
0
x
1
= - x
0
)(
)(
0
'
0
xf
xf
= 1.6206896
x x
2
=
1
-
)(
)(
1
'
1
xf
xf
= 1.404181
x x
3
=
2
-
)(
)(
2
'
2
xf
xf
= 1.320566
x x
4
=
3
-
)(
)(
3
'
3
xf
xf
= 1.307772
x x
5
=
4
-
)(
)(
4
'
4
xf
xf
= 1.307486
Ta chọn nghiệm gần đúng
= 1.30
Đánh giá sai số: |
- x
5
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : | f
’
(x) |
m > 0
x [ 1; 2 ] € |
- x
5
|
-7.486.10
- 3
< 10
-2
Ta chọn nghiệm gần đúng
= 0.3376
Đánh giá sai số: |
- x
4
|
|
m
xf )(
| với m là số dương : 0 < m
f (x)
’
x € |
- x
4
|
1.9.10 10
- 4
<
-2
Bài tập 5:
Tìm nghiệm dương nhỏ nhất của phương trình
2 4 0
x
x
(1) bằng
phương pháp tiếp tuyếnvới độ chính xác
5
10
Bài giải:
B1:tìm khoảng phân ly
Ta tách phương trình (1)thành
1
2
2
4
x
y
y x
Dựa vào phương pháp đồ thị ta tìm dươc khoảng phân ly là :
0;0,5
vì
( )
(0,5)
0
0
o
f
f
vậy
( ) (0,5)
0
o
f f
B2: tìm nghiệm của phương trình
, ,, , ,,
0; 0 0
f f f f
nên ta chọn
0
0
x a
0
0
( )
1 0
,
( )
1
0 0,3024
3,30685
x
x
f
x x
f
2
0,02359
0,3024 0,3099
3,14521
x
3
0,00002
0,3099 0,30991
3,14076
x
4
0,00001
0,30991 0,30991
3,14075
x
Vậy ta thấy nghiệm dương nhỏ nhất của phương trình là : x= 0,30991
Bài tập 6:
Dùng phương pháp Gauss để giải những hệ phương trình
Ax=b. Các phép tính lấy đến 5 số lẻ sau dấu phẩy:
a.
1,5 0,1 0,1
0,1 1,5 0,1
0,3 0,2 0,5
A
0,4
0,8
0,2
b
1
2
3
x
x x
x
0,4
0,8
0,2
B
Bài giải:
Lập bảng gauss :
Quá
trình
a
i1
a
i2
a
i3
a
i4
ij
a
(cột kiểm tra)
Thuận 1,5
0,1
-0,3
-0,2
1,5
0,2
0,1
-0,1
-0,5
0,4
0,8
0,2
1
0
0
-0,13333
1,48667
1,6
0,06667
0,09333
-0,48
0,26667
0,82667
0,28
1
1
0,06278
-1,48448
0,55605
-0,33326
1
1
1 0,22449
0,54196
0,32397
Vậy nghiệm của phương trình là : (0,32397 ; 0,54196 ;0,22449 )
b)
2,6 4,5 2, 0
3,0 3,0 4,3
6,0 3,5 3,0
A
19,07
3,21
18,25
b
1
2
3
x
x x
x
19,07
3,21
18,25
B
Bài giải:
Lập bảng gauss :
Quá
trình
a
i1
a
i2
a
i3
a
i4
ij
a
(cột kiểm tra)
Thuận
2,6
3
-6
-4,5
3
3,5
-2,0
4,3
3
19,07
3,21
-18,25
1 -1,73077
8,9231
-6,88462
-0,76923
6,60769
-1,61538
7,33462
-18,79386
25,75772
1 0,80657
3,93754
-2,29409
9,96378
1
1
1 2,53045
-4,33508
1,77810
Bài 7:
Giải hệ phương trình:
74
5_
8
zyx
zyx
zyx
(I)
Bằng phương pháp lặp đơn,tính lặp 3 lần,lấy x =g và đánh giá sai số của x
(a) 3
Giải: Từ phương trình (I)
4/74/1.4/1.
5/165/1.5/1.
8/18/1.8/1.
yxz
zxy
zyx
75,125,025,0
2,32,02,0
125,0125,0125,0
yxz
zxy
zyx
=> B=
025,025,0
2,002,0
125,0125,00
; g =
75,1
2,3
125,0
Ta xet r = max
i
3
1j
ij
b =>
5,0
4,0
25,0
3
2
1
r
r
r
r = max
i
3
1j
ij
b =0,5 <1
phương pháp lặp đơn x
(m) (m-1)
=b.x +g , hội tụ với mọi x
0
cho trước ta có
bảng sau:
X Y Z
B 0
0,2
0,25
0,135
0
0,25
0,125
0,2
0
X
(0)
-0,125 -3,2 -1,75
X
(1)
X
(2)
X
(3)
-0,74375
-0,89453125
-0,961835937
-3,575
-3,865
-3,94484375
-2,58125
-2,8296875
-2,939882875
Đánh giá sai số x
(3)
x
(3)
- x
(2)
= max (0,067304687;0,07984375;0,110195375)
Áp dụng công thức (3.36) SGK ta có
x
(3)
- 2
5,01
5,0
.
0,110195375 = 0,110195375
Vậy ta có nghiệm của phương trình là:
X= -0,961835937
0,110195375
Y= -3,94484337
0,110195375
Z= -2,939882875
0,110195375
Bâi 8 :
Giải hệ phương trình
1 2 3
1 2 3
1 2 3
24,21 2,42 3,85 30,24
2,31 31, 49 1,52 40,95
3,49 4,85 28,72 42,81
x x x
x x x
x x x
1 2 3
2 1 3
3 1 2
1,24907 0,09995 0,15902
1,30041 0,07335 0,04826
1,49059 0,1215 0,1689
x x x
x x x
x x x
1
2
3
0 0,09995 0,15902 1, 24907
0,07335 0 0,04826 1,30041
0,12151 0,16887 0 1,49059
x
x
f x
x
Ta có:
1
2
3
0,25897 1
0,12171 1
0,29038 1
r
r
r
pt hội tụ
Lập bảng:
1
x
2
x
3
x
B
0
-0,07335
-0,12151
-0,09995
0
-0,16887
-0,15902
-0,04826
0
0
x
1,24907 1,30041 1,49059
1
x
2
x
3
x
4
x
0,98201
0,95747
0,94416
0,94452
1,13685
1,17437
1,17326
1,17431
1,11921
1,17928
1,17773
1,17774
5
x
6
x
7
x
0,94441
0,94452
0,94444
1,17429
1,17431
1,17429
1,17751
1,17753
1,17751
Nghiệm bằng: (0,94444; 1,17429; 1,17751)
Bài 9
Xây dựng đa thức nội suy Lagrange của hàm y=f(x) cho dưới dạng bảng
X 0 2 3 5
Y 1 3 2 5
Giải:
ở đây ta thấy n=3 nên đa thức nội suy là một đa thức bậc 3 có dạng
P3(x)= y
o
+ l
o
(x) + y
1L1
(x) +
y
2
l
2
(x) + y
3
l
3
(x)
p
3
(x)=
)50)(30)(20(
)5)(3)(2(
xxx
+3.
)52)(32)(02(
)5)(3)(0(
xxx
+2.
)53)(23)(03(
)5)(2)(0(
xxx
+ 5.
)35)(25)(05(
)3)(2)(0(
xxx
p (x) =
3
30
30312103
xxx
+
6
15283 xxx
+
30
6253 xxx
p (x) =
3
30
3012426539
xxx
Vậy đa thức Lagrange cần tìm la : p (x) =
3
30
3012426539
xxx
Bài 10 :
Cho bảng giá trị của hàm số y= f(x)
X 321,0 322,0 324,0 325,0
Y 2,50651 2,50893 2,51081 2,51188
Tính gần đúng t (324,5) bằng đa thức nội suy Lagrange ?
Giải :
Gọi x =323,5
*
y(x (x l (x
*
) =p
3
*
) = y
0 0
*
)+ y
1
l
1
(x
*
) +y
2
l
2
(x
*
) + y
3
l
3
(x
*
)
Ta có
l ) =
0
(x
*
)0,3250,321)(2,3240,321)(8,3220,321(
)0,3255,323)(2,3245,323)(8,3225,323(
= - 0,031901041
= -0,03190
L
1
(x
*
)=
)0,3258,322)(2,3248,322)(0,3218,322(
)0,3255,323)(2,3245,323)(0,3215,323(
= 0,473484848
= 0,43748
L
2
(x
*
)=
)0,3252,324)(8,3222,324)(0,3212,324(
)0,3255,323)(8,3225,323)(0,3215,323(
=0,732421875
=0,73242
L
3
(x
*
)=
)2,3240,325)(8,3220,325)(0,3210,325(
)2,3245,323)(8,3225,323)(0,3215,323(
=-0,174005681
= -0,17401
y (323,5)= 2,50651.(-
0,03190)+2,50893.0,47348+2,51081.0,73242+2,51188.(-0,17401)
=2,50985
Bài 11:
Cho bảng giá trị của hàm số y =f(x)
X -1 0 3 6 7
Y 3 -6 39 822 1011
a. Xây dựng đa thức nội suy Niwton tiến xuất phát từ nút x =-1 của y = f(x)
0
b. Dùng đa thức nội suy nhận được tính giá trị f(0,25)
Giải : Đa thức vừa lặp là đa thức nội suy Niwton bước không đều
a. Ta có bảng ký hiệu
X Y THC
1
THC
2
THC
3
THC
4
-1
0
3
6
3
-6
39
822
-9
15
261
6
41
132
5
13
1
7
1611
89
Đa thức nội suy : p (x) = 3-9(x+1)+6(x+1)x+5(x+1)x(x-3)+(x+1)x(x-3)(x-6)
4
= 3-9x-9+6x
2
+6x+5x
3
-10x
2
-15x+x
4
-8x
3 2
+9x +18x
p (x) = x
4
4
-3x
3 2
+5x – 6
b.
Tính f(-0,25) = (-0,25) - 3(0,25)
4 3
|+5(0,25) –b = -5,636719
2
Bài 12 : Cho bảng giá trị của hàm số y=sinx
X 0,1 0,2 0,3 0,4
Y=f(x) 0,09983 0,19867 0,29552 0,38942
a. Dùng đa thức nội suy tiến xuất phát từ x = 0,1 tính gần đúng sin(0,4) và
0
đánh giá sai số của giá trị nhận được
b. Dùng đa thức nội suy lùi xuất phát từ x =0,4 tính gần đúng sin (0,46) và
3
đánh giá sai số
Giải:
a. Đa thức nội suy bước đều với h=0,1 ta có bảng sai phân:
X Y
Y
2
Y
3
Y
0,1
0,2
0,3
0,4
0,09983
0,19867
0,29552
0,38942
0,09884
0,09685
0,09390
-0,00199
-0,00295
-0,00096
Áp dụng công thức đa thức nội suy Niwton tiến ta tính:
Sai (0,014) = p (x) [ x=0,1+0,1t] = y
n 0
+ t.
!
1
y
0
+
!
2
)1(
tt
2
y
0
+
!
3
)2)(1(
ttt
3
y
0
Theo bài ra ta có : x=0,14 0,1+0,1t =0,1
=> t=0,4
Thay vào trên ta có : Sin(0,14) = 0,09983 + 0,4.0,09884 +
2
)14,0(4,0
(0,00199)
+
6
)24,0)(14,0(4,0
(-0,00096) = 0,13954336
Đánh giá sai số :
Ta có :
(x) = (x-0,1)(x-0,2)(x-0,3)(x-0,4)
)14,0( = )4,014,0)(3,014,0)(2,014,0)(1,014,0( = 0,00009984
=> 13954336,0)14,0sin(
!
4
00009984,0
=4,16.10
-6
=> Nghiệm gần đúng sin(0,14) = 0,13954
10
-5
b. Lập bảng sai phân với đa thức nội suy lùi
X Y
1
Y
2
Y
3
Y
0,4
0,3
0,2
0,1
0,38942
0,29552
0,19867
0,09983
0,0939
0,09686
0,09884
-0,00295
-0,00199
-0,00096
Dựa vào công thức sai phân lùi ta có
Sin(0,46) = p(x) ; [x= 0,4 + 0,1t = mọi người nhập trong tài liệu.
Sai số tính theo công thức (4.7) ở trênta có :
5
sin(0,46) 0,4439446 3,8.10
Ta quy tròn số0,4439446 đến 5 chữ số lẻ thập phân :
5
sin(0,46) 0,44394 5.10
Bài 13
Cho bảng giá trị:
X 2 4 6 8 10 12
Y 7,32 8,24 9,20 10,19 11,01 12,05
Hãy tìm công thực nghiệm có dạng y = ax + b
Xi Yi X2i xi.yi
N = 6 2
4
7,32
8,24
4
16
14,64
32,96
6
8
10
12
9,20
10.9
11,01
12,05
32
64
100
144
55,20
81,52
110,1
144,6
Tổng 42 58,01 364 439,02
Giá trị công thức na+b∑xi =∑yi
a∑xi +b∑xi
2
= ∑xiyi
Ta có hệ phương trình :
02,43934642
01,58426
ba
ba
=>
470714285,0
373333338,6
b
a
=>
5,0
4,6
b
a
Vậy công thức nghiệm có dạng: y=6,4x +0,5
Bài 13: Cho bảng giá trị
x 2 4 6 8 10 12
y= f(x) 7,23 8,24 9,20 10,19 11,01 12,05
Hãy tìm công thức thực nghiệm có dạng y = ax + b
Ta lập bảng số:
n= 6
i
x
2
i
x
i
y
ii
yx
2 4 7,32 14,64
4 16 8,24 32,96
6 36 9,20 55,2
8 64 10,19 81,52
10 100 11,01 110,1
12 144 12,05 144,6
42 364 58,01 439,02
Áp dụng công thức:
Thay số ta có hệ phương trình:
5,0470714285,0
4,6373333333,6
02,43936442
01,58426
b
a
ba
ba
Vậy công thức thực nghiệm cần tìm là xy 4,65,0
Bài 14: Cho bảng giá trị
x 0,78 1,56 2,34 3,12 3,81
y= f(x) 2,50 1,20 1,12 2,25 4,28
Hãy tìm công thức thực nghiệm có dạng y = a + bx + cx
2
Ta lập bảng số:
n= 5
i
x
2
i
x
3
i
x
4
i
x
i
y
ii
yx
2
i
x
i
y
0,78 0,6084 0,474552 0,37015056 2,50 1,95 1,521
1,56 2,4336 3,796416 5,92240896 1,20 1,872 2,92032
2,34 5,4756 12,812904 29,98219536
1,12 2,6208 6,13312
3,12 9,7344 30,371328 94,75854336
2,25 7,02 21,9024
3,81 14,5161 55,306341 210,7171592
4,28 16,3068 62,128908
11,61 32,7681 102,761541
341,7504574
11,35 29,7696 94,605748
Áp dụng công thức:
n.a + b.
iii
yxcx
2
.
a.
iiiii
yxxcxbx
32
.
a.
iiiii
yxxcxbx
2432
.
Ta có hệ phương trình :
605748,947504574,341761541,1027681,32
7696,29761541,1027681,3261,11
35,117681,3261,115
cba
cba
cba
1002440262,1
4014714129,4
5022553658,5
c
b
a
Vậy công thức thực nghiệm cần tìm là :
2
45 xxy .
CHƯƠNG 5: TÌM NGHIỆM GẦN ĐÚNG ĐẠO HÀM VÀ TÍCH PHÂN
Bài 15: Cho bảng giá trị
x 50 55 60
y=f(x) 1,6990 1,7404 1,7782
Tính gần đúng y’(55) và y’(60) của hàm số y = lgx. So sánh với kết quả đúng tính
đạo hàm của hàm số y = lgx.
Bài giải
Ta sử dụng công thức nội suy Niwtơn tiến bước đều:
f’ =
(x)
󰇣∆
−
∆
+
∆
−
∆

+ ⋯󰇤 (1)
Để tính gần đúng đạo hàm.
Lập bảng sai phân:
x y
y
0
2
y
0
50 1,6990
> 0,0414
> - 0,0036
55 1,7404
60 1,7782 > 0,0378
Thay vào công thức (1) ta được:
+) f’ =
(55)
󰇣0,0414 −
(−0,0036)󰇤 = 0,00864
+) f’ =
(60)
󰇣0,0378 −
(−0,0036)󰇤 = 0,00792
*) So sánh với kết quả đúng tính đạo hàm của hàm số y = lgx
- Tính đạm hàm đúng:
Ta có:
󰆒
=
(

)
󰆒
=
.
󰆒
(55) = (lg55)’ =
.
= 0,007896
󰆒
( (
60
)
= 60
)
󰆒
=
.
= 0,007238
- So sánh:
+)
|
󰆒
(
55
)
− (55)′
|
=
|
0,00864 − 0,007896
|
= 0,000744
+)
|
󰆒
(
60
)
− (60)′
|
=
|
0,00792 − 0,007238
|
= 0,000682
Bài 16: Cho bảng giá trị
x 0,11 0,13 0,15 0,17 1,18
y=f(x)
81,818182
69,230769
60,000000
52,941176
50,000000
Hãy tính y’(0,11). Kết quả làm tròn đến 6 chữ số lẻ thập phân.
Bài giải:
Lập bảng tỉ hiệu:
x
y
y
y
2
y
3
y
4
0,11
81,818182
- 629,37065
- 461,53845
- 352,9412
- 294,1176
419,805
2714,93125
1960,786667
-24681,22917
- 15082,89166
137119,1073
0,13
69,230769
0,15
60,000000
0,17
52,941176
0,18
50,000000
Ta có:
)(
4
xP = – 81,818182 629,37065 (x - 0,11) + 4195,805(x - 0,1)(x – 0,13) –
- 4681,2291 (x- 0,11)(x- 0,13)(x- 0,15) +
+ 137119,1073 (x- 0,11)(x- 0,13)(x- 0,15) (x- 0,17)
)(
4
xP = 137119,1073x - 101467,9292 x +
4 3
+ 29809,57226 x
2
- 4338,14816x+ 313,9906839.
)('
4
xP = 548476,4292 x – 304403,7876 x + 59619,144452x- 4338,148167
3 2
Vậy ta có )11,0(
/
y = P’ (0,11)= 548476,4292 (0,11) – 304403,7876(0,11)
4
3 2
+ 59619,144452 (0,11)- 4338,148167 = -733,3059747
)11,0(
/
y = P’ (0,11)=
4
-733,3059747
Câu 17. Cho bảng giá trị.
x
0,12 0,15 0,17 0,2 0,22
y 8,333333 6,666667 5,882353 5,000000 4,545455
Hãy tính )12,0(
/
y . Kết quả làm tròn tới 6 chữ số thập phân.
Giải:
Lập bảng tỉ hiệu:
x
y
y
y
2
y
3
y
4
0,12 8,333333
- 55,555533
- 39,215700
- 29,411767
- 22,727250
326,796666
196,078660
133,690340
-1633,975075
- 891,261714
7427,133610
0,15 6,666667
0,17 5,882353
0,2 5,000000
0,22 4,545455
)(
4
xP = 8,333333 – 55,555533 (
x
-0,12) +
0,12).
-5(x1633,97507)15,0)(12,0(796666,326
xx )15,0(
x .(
x
-0,17) + 7427,133610
)12,0(
x )15,0(
x .(
x
-0,17)( )2,0(
x .
)(
4
xP = 07427,13361 427706,30847435,365927294,2173340585,6387
234
xxxx
847435,365854588,434702176,1916253444,29708)(
23/
4
xxxxP
Vậy ta có )12,0(
/
y =
847435,365854588,434702176,1916212,0.53444,29708)12,0(
23/
4
xxP
= -68,689650.
Câu 18. Tính gần đúng y (1) của hàm
/
y
= )(xy dựa vào bảng giá trị :
x
0,98 1,00 1,02
)(xyy
0,7739332 0,7651977 0,7563321
Giải:
Theo bài ra ta có h = 0,02
Áp dụng công thức Taylo, ta có: .
)()(
)(
00
0
/
h
xfhxf
xf
Thay số ta có: 44328,0
02,0
7651977,07563321,0
02,0
)00,1()02,1(
)1()1(
//
ff
fy
Vậy )1(
/
y
44328,0
.
Câu 19.
Cho tính phân:
1,1
1,0
2
)41( x
dx
a. Tính gần đúng tích phân trên bằng công thức hình thang tổng quát chia đoạn
1,1;1,0
thành 10 đoạn bằng nhau.
b. Đánh giá sai số của giá trị gần đúng tìm được.
Giải:
a.
Theo bài ra ta có 1,0
10
1,01,1
n
ab
h .
Lập bảng giá trị :
i
x
y
0 0,1 0,510204081
1 0,2 0,308641975
2 0,3 0,206611570
3 0,4 0,147928994
4 0,5 0,111111111
5 0,6 0,086505190
6 0,7 0,069252077
7 0,8 0,056689342
8 0,9 0,047258979
9 1,0 0,040000000
10 1,1 0,034293552
Áp dụng công thức hình thang I =
T
987654321100
2
2
yyyyyyyyyyy
h
.
Thay số ta có: I
T
=
2
1,0
0,510204081 +0,034293552 + 2(0,308641975 + 0,206611570
+
+ 0,147928994 +0,111111111+ 0,086505190 + 0,069252077 + 0,056689342 +
0,047258979 + 0,040000000 )
= 0,134624805
Vậy I
T
= 0,134624805.
b. Đánh giá sai số, ta có:
;.
12
.
2
ab
hM
II
T
Với
M
Max )(
//
xf , với mọi
bax , .
Ta có
4
/
2
/
2
)41(
832
)41(
1
)(
)41(
1
)(
x
x
x
xf
x
xf
58
34
/
4
//
)41(
96384
)41(
)832()41(16)41(32
)41(
832
)(
x
x
x
xxx
x
x
xf
Ta nhận thấy, Max )(
//
xf =
98958767,24
)1,0.41(
961,0.384
)1,0(
5
//
f
Sai số
T
II
020824656,0
12
)1,01,1.(1,0.98958767,24
2
.
Câu 20. Cho tích phân:
5,3
2
1
1
dx
x
x
.
a. Tích gần đúng tích phân bằng công thức Símson tổng quát chia đoạn
5,3;2
thành 12 đoạn bằng nhau.
b. Đánh giá sai số giá trị vừa tìm được.
Giải:
a. Theo bài ra ta có 125,0
12
25,3
n
ab
h
Lập bảng giá trị :
i
x
y
0 2 -3
1 2,125 -2, 777777778
2 2,25 -2,6
3 2,375 -2,454545455
4 2,5 -2, 333333333
5 2,625 -2,230769231
6 2,75 -2,142857143
7 2,875 -2,066666667
8 3,0 -2
9 3,125 -1,941176471
10 3,25 -1, 888888889
11 3,375 -1,842105263
12 3,5 -1,8
Áp dụng công thức Símson
)(2)(4
3
1086421197531120
yyyyyyyyyyyyy
h
I
S
11,94117647 -72,06666666-12,23076923-52,45454545-777777778 -2,.(48,13
3
125,0
-
2.( 3)1,84210526-
-2,6 -2,142857143 -2 -2, 333333333 -1, 888888889)
=
= -3.332596758
Vậy
58-3.3325967
S
I
b. Đánh giá sai số: ).(
180
.
4
ab
hM
II
S
Trong đó
M
Max )(
////
xf với bxa
Ta có:
42
////
32
2
///
22
//
2
/
)21(
)1.(64
)(
)21(
202412
)(
)21(
44
)(
21
2
)(
1
1
)(
xx
x
xf
xx
xx
xf
xx
x
xf
xx
xf
x
x
xf
Ta nhận thấy: Max
3330001302083,0
180
)25,3.(125,0.64
64)2()(
4
S
////////
IIfxf
.
CHƯƠNG 6:
TÌM NGHIỆM GẦN ĐÚNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN
Bài 21
Dùng công thức Simpson tổng quát để tính gần đúng tích phân:
dx
x
1
0
3
1
1
.
Chia [0;1] thành 10 đoạn bằng nhau, suy ra h =
1,0
1
01
Ta tính ra bảng sau :
Thứ tự x
f(x) =
1
1
3
x
0 0 1,00000
1 0,1 0,99950
2 0,2 0,99602
3 0,3 0,98677
4 0,4 0,96946
5 0,5 0,94281
6 0,6 0,90685
7 0,7 0,86290
Áp dụng công thức Simpson :
I
s
=
3
h
[ y + y + 4( y + y + y + y
0 10 1 3 5 7 2
+ y
9
)+ 2( y + y
4
+ y
6
+ y
8
)
I =
s
3
1,0
[1 + 0,70711+ 4(0,99950 + 0,98677 + 0,94281 + 0,86290 + 0,76051)+
2(0,99602 + 0,96946 + 0,90685 + 0,81325 )
I
s
= 0,90961
Bài 22
Dùng công thức Simpson tổng quát để tính gần đúng tích phân
8,0
8,0
2
cos1
sin
dx
x
x
Chia [-0,8; 0,8] thành 16 đoạn bằng nhau, suy ra h =
16
)8,0(8,0
= 0,1
Ta tính ra bảng sau :
Thứ tự
x
f(x) =
x
x
cos1
sin
2
0 - 0,8 0.934412
1 - 0,7 0.855826
2 - 0,6 0.762860
3 - 0,5 0.656932
4 -0,4 0.539743
5 -0,3 0.413236
6 -0,2 0.279557
7 -0,1 0.141009
8 0 0.000141
9 0,1 0.141009
10 0,2 0.279557
11 0,3 0.413236
12 0,4 0.539743
13 0,5 0.656932
14 0,6 0.762860
15 0,7 0.855826
16 0,8 0.934412
Áp dụng công thức Simpson :
8 0,8 0,81325
9 0,9 0,76051
10 1,0 0,70711
I =
s
3
h
[y +y
0 16
+ 4(y
1
+y
3
+y
5
+ y
7
+ y
9
+ y
11
+y
13
+ y
15
)+ 2(y
2
+ y
4
+ y
6
+ y
8
+ y
10
+ y
12
+
y
14
)
Thay số và tính toán ta được kết quả I
s
= 0,824459
Bài 23
Dùng công thức Simpson để tính gần đúng tích phân
dx
x
x
5,0
5,0
)cos1ln(
)ln(cos
Chia [-0,5;0,5] thành 8 đoạn bằng nhau ta có h =0,125
Ta tính ra bảng sau :
Thứ tự x
f(x) =
)cos1ln(
)ln(cos
x
x
0 - 0,5 - 0,207281
1 - 0,375 - 0,109497
2 - 0,250 - 0,046615
3 - 0,125 - 0,011365
4 0,000 0,000000
5 0,125 - 0,011365
6 0,250 - 0,046615
7 0,375 - 0,109497
8 0,5 - 0,207281
Áp dụng công thức Simpson :
I
s
=
3
h
[ y + y + 4( y + y + y
0 8 1 3 5
+ y
7
)+ 2( y
2 4 6
+ y + y )
Thay số và tính toán ta được kết quả I
s
= - 0,065330
Bài 24: Cho bài toán Cauchy:
y’= y - x
2 2
Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Euler trên [1,2], chọn bước h= 0,1.
Bài giải:
Theo đầu bài ta có: h= 0,1; U = y = 1, x = 1
0 (1) 0
Áp dụng công thức Euler: U
i+1
= U
i
+ hf(x
i
; y
i
)
Ta tính được
U
1
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(1 )= 1
0 0 0
2
-1
2
U
2
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(1 )= 0,979
1 1 1
2
-1,1
2
U
3
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,979 )= 0,9308441
2 2 2
2
-1,2
2
U
4
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,9308441 )= 0,848491173
3 3 3
2
-1,3
2
U
5
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,848491173 )= 0,724484901
4 4 4
2
-1,4
2
U
6
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,724484901 )= 0,551972738
5 5 5
2
-1,5
2
U
7
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,551972738 )= 0,326440128
6 6 6
2
-1,6
2
U
8
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,326440128 )= 0,048096444
7 7 7
2
-1,7
2
U
9
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1(0,048096444 )= - 0,275672228
8 8 8
2
-1,8
2
U
10
= U + hf(; y ) = 1+ 0,1[(- 0,275672228) ) = - 0,629072711
9 9
2
-1,9
2
U
11
= U + hf(x ; y ) = 1+ 0,1- 0,629072711) ) = - 0,989499463
10 10 10
2
-2
2
Vậy nghiệm gần đúng cần tìm là: U
11
= α =- 0,989499463
Câu 25. Cho bài toán Cauchy.
y
x
yy
2
/
y(0) = 1, 0
x
1.
Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Euler cải tiến ( chỉ lặp 1 lần),chọn bước h
= 0,2 và so sánh kết quả với nghiệm đúng.
Giải:
Theo bài ra ta có ;1)0(
0
yu .2,0
h
Vì ihxx
i
0
, ta có bảng giá trị của
x
:
0
x
0,0
1
x 0,2
2
x 0,4
3
x
0,6
4
x 0,8
5
x
1,0
Theo phương pháp Euler cải tiến ( Phương pháp hình thang).
),(
)0(
1
iiii
uxhfuu
(1)
),(),(
2
1
)(
1
)1(
1
i
m
iiii
m
i
uxfuxf
h
uu . (2)
Từ (1) và (2) ta có ),(
000
)0(
1
uxhfuu 2,1)
1
0
1(2,01 .
),(),(
2
)0(
11000
)1(
1
uxfuxf
h
uu
2,1
2,0.2
2,1
1
0.2
11,01 = 1,186667.
356585,1
186667,1
2,0.2
186667,12,0186667,1),(2,0
)1(
11
)1(
1
)0(
2
uxfuu
.
),(),(
2
)0(
22
)1(
11
)1(
1
)1(
2
uxfuxf
h
uu
348325,1
356585,1
4,0.2
356585,1
186667,1
0.2
186667,11,0186667,1
499325,1
348325,1
4,0.2
348325,12,0348325,1),(2,0
)1(
22
)1(
2
)0(
3
uxfuu .
),(),(
2
)0(
33
)1(
22
)1(
2
)1(
3
uxfuxf
h
uu
493721,1
499325,1
6,0.2
499325,1
348325,1
4,0.2
348325,11,0348325,1
631793,1
493721,1
6,0.2
493721,12,0493721,1),(2,0
)1(
33
)1(
3
)0(
4
uxfuu .
),(),(
2
)0(
44
)1(
33
)1(
3
)1(
4
uxfuxf
h
uu
627884,1
631793,1
8,0.2
631793,1
493721,1
6,0.2
493721,11,0493721,1
756887,1
627884,1
8,0.2
627884,12,0627884,1),(.
)1(
44
)1(
4
)0(
5
uxfhuu .
),(),(
2
)0(
55
)1(
44
)1(
4
)1(
5
uxfuxf
h
uu
.
754236,1
756887,1
1.2
756887,1
627884,1
8,0.2
627884,11,0627884,1
Vậy nghiệm gần đúng cần tính là
)1(
5
u =
754236,1
Câu 26. Cho bài toán Cauchy yxy
/
.
y(0)= 1. Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Euler cải tiến với độ chính xác
đến 4 chữ số lẻ thập phân trùng nhau, giá trị của y(0,1). chọn bước h = 0,05.
Giải:
Theo bài bước h = 0,05. f(x,y) = x + y Theo công thức Euler cải tiến ta có:
),(),(
2
)(
11
)1(
1
m
iiiii
m
i
uxfuxf
h
uu
(1)
),(
)0(
1
iiii
uxhfuu
(2)
Từ (1) và (2) ta có: 05,1)10(05,01),(
000
)0(
1
uxhfuu
0525,105,105,010
2
05,0
1),(),(
2
)0(
11000
)1(
1
uxfuxf
h
uu
05256,10525,105,010
2
05,0
1),(),(
2
)1(
11000
)2(
1
uxfuxf
h
uu
Ta thấy
)2(
1
u
-
)1(
1
u = 1,05256 – 1,0525 = 0,00006 < 10 đạt yêu cầu chính xác, lấy gần
-4
đúng
1
u = 1,0526.
Tính tiếp cho
2
u , ta có:
.1077,1)0526,105,0(05,00526,1,.
111
)0(
2
uxfhuu
11036,11077,11,00526,105,0
2
05,0
0526,1),(),(
2
)0(
22111
)1(
2
uxfuxf
h
uu
11042,111036,11,00526,105,0
2
05,0
0526,1),(),(
2
)1(
22111
)2(
2
uxfuxf
h
uu
Cũng như với
1
u ta có
)2(
2
u
)1(
2
u
= 0,00006<10 Ta có thể lấy y(0,1) =
-4.
)1,0(u =
2
u 1,1104.
Câu 27. Cho bài toán Cauchy
0)0(
1
2/
y
yy
Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Runge – Kutta cấp 4 trên
6,0;0 .
Chọn bước h= 0,2.
Giải Theo bài ra, ta có
3
2,0
06,0
2,0,6,0,0
0
0
h
xb
n
hbx
Ta có bảng:
0
x
0
1
x
0,2
2
x
0,4
3
x
0,6
* Tính u
1
với
0
0
0
0
x
u
Ta có
202707408,0
)208164048,02020402,0.2202,0.22,0(
6
1
0)22(
6
1
208164048,0)20204021(2,0);(.
2020402,0)101,01(2,0).5,0;.5,0(.
202,0)1,01(2,0)5,0;5,0(.
2,0)01(2,0),(.
432101
2
3004
2
2003
2
1002
2
001
kkkkuu
kuhxfhk
kuhxfhk
kuhxfhk
uxfhk
*Tính
2
u với
2,0
202707408,0
1
1
x
u
Ta có:
.422788992,0)235649101,0219483908,0.2
218827265,0.2208218058,0(
6
1
202707408,0)22(
6
1
235649101,0)422191316,01(2,0);(.
219483908,0)31212104,01(2,0).5,0;.5,0(.
218827265,0)306816437,01(2,0)5,0;5,0(.
208218058,0)202707408,01(2,0),(.
432112
2
3114
2
2113
2
1112
2
111
kkkkuu
kuhxfhk
kuhxfhk
kuhxfhk
uxfhk
*Tính
3
u với
4,0
422788992,0
2
2
x
u
Ta có:
.6841334,0)293498538,0260945382,0.2
258463521,0.2235750106,0(
6
1
422788992,0)22(
6
1
293498538,0)683734374,01(2,0);(.
260945382,0)552020752,01(2,0).5,0;.5,0(.
258463521,0)540664045,01(2,0)5,0;5,0(.
235750106,0)422788992,01(2,0),(.
432123
2
3224
2
2223
2
1222
2
221
kkkkuu
kuhxfhk
kuhxfhk
kuhxfhk
uxfhk
*Tính
4
u với
6,0
6841334,0
3
3
x
u
029636621,1)412063133,0345582905,0.2
338091342,0.2293607701,0(
6
1
6841334,0)22(
6
1
412063133,0
)029716305,11(2,0);(.
345582905,0
)853179071,01(2,0).5,0;.5,0(.
338091342,0
)83093725,01(2,0)5,0;5,0(.
293607701,0)6841334,0 1(2,0),(.
432134
2
3334
2
2333
2
1332
2
331
kkkkuu
kuhxfhk
kuhxfhk
kuhxfhk
uxfhk
Bài 28: Dùng phương pháp trung điểm giải bài toán sau:
󰆒
=  −

Với ; y0 ≤ ≤ 1
(0)
=1, chọn bước h =0,2. Kết quả làm tròn 6 chữ số lẻ thập
phân.
Bài giải
Ta có: U = y =1
0 (0)
Áp dụng phương pháp trung điểm ta tính được:
+
1
= U +
0
(U -
0

) = 1
U = U
1 0
+ h(
1
-
(
,)
)) = 1,000999
+
2
= U +
1
(U -
1

) = 1,003088
U = U
2 1
+ h(
2
-
(
,)
)) = 1,010495
+
3
= U +
2
(U -
2

) = 1,019277
U = U
3 2
+ h(
3
-
(
,)
)) = 1,037935
+
4
= U +
3
(U -
3

) = 1,057977
U = U
4 3
+ h(
4
-
(
,)
)) = 1,091733
+
5
= U +
4
(U -
4

) = 1,126575
U = U
5 4
+ h(
5
-
(
,)
)) = 1,177547
+
6
= U +
5
(U -
5

) = 1,229245
U = U
6 5
+ h(
6
-
(
,)
)) = 1,2982670
Bài 29: Dùng phương pháp trung điểm giải bài toán sau:
󰆒
= −

Với ; y0,3 ≤ ≤ 0,5
(0,3)
=0,943747, chọn bước h =0,1. Kết quả làm tròn 6 chữ số
lẻ thập phân.
Bài giải
Ta có: U = y =0,943747
0 (0)
Áp dụng phương pháp trung điểm ta tính được:
+)
=
+
(
−
.
)= 0,926822832
=
+ ℎ(
−
(
,)
.( ,)
)= 0,891524
+)
=
+
(
−
.
)= 0,859038
=
+ ℎ(
−
( ,)
.( ,)
)= 0,813037
+)
=
+
(
−
.
)= 0,764708
=
+ ℎ(
−
( ,)
.( ,)
)= 0,696278
Vậy nghiệm gần đúng cần tìm là: U = α= 0,696278
3
| 1/30
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

Bài 2: Dùng phương pháp chia đôi tìm nghiệm gần đúng của x3 2 + 3x - 3 = 0
với độ chính xác 10-3, biết khoảng phân ly nghiệm (-3 ; -2). Lời giải : Ta có: f (x) = x3 2 + 3x - 3
f’ (x) = 3 x2 +6x <=> f’(x) = 0 => x1 = 0 x2 = -2 Bảng biến thiên: X -2 0 +∞ f (x) 0 0 +∞ f (x) -∞ 1 -3 Ta có :
f (-3) = - 3 < 0 Khoảng phân ly nghiệm [ -3; -2] f (-2) = 1 > 0
Áp dụng phương pháp chia đôi ta có: C1 = a  b = ( )
3  (2) = -2.5 => F1(C1) = 0.125 >0 2 2
=> Khoảng phân ly nghiệm [ -3;-2.5 ]
C2 = (3)  (2.5) = -2.75 => F2(C2) = -1.109 < 0 2
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.75; -2.5 ]
C3 = (2.75)  (2.5) = -2.625 => F3(C3) = - 0.416 < 0 2
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.625; -2.5 ] C4 = ( 2  6 . 25)  ( 2  .5) = -2.5625 => F4(C4) = - 0.127 < 0 2
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.5625; -2.5 ] C5 = ( 2  5 . 625)  ( 2  .5) = -2.53125 => F5(C5) = 0.004 >0 2
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.5625; -2.53125 ]
C6 = -2.546875 => F6(C6) = - 0.061 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.546875; -2.53125 ]
C7 = -2.5390625=> F7(C7) = - 0.029 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.5390625; -2.53125 ]
C8 = -2.53515=> F8(C8) = - 0.012 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.53515; -2.5390625 ]
C9 = -2.537106=> F9(C9) = - 0.020 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.537106; -2.5390625 ]
C10 = -2.538084=> F10(C10) = - 0.024 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [-2.538084; -2.5390625 ]
Ta lấy nghiệm gần đúng:  = - 2.538084
Đánh giá sai số: |α – bn| ≤ bn - an = |-2.5390625 – -3
(-2.538084) | = 9,785.10- 4 < 10
Bài 3: Dùng phương pháp lặp, tìm nghiệm đúng với độ chính xác 10-3
a) x3 + 3x2 – 3 = 0 , biết khoảng cách ly nghiệm là ( -2.75; -2.5) 1 b) x 1 = x Lời giải : a) 3
x + 3x2 – 3 = 0 , biết khoảng cách ly nghiệm là [ -2.75; -2.5] <=> x3 2
= 3 - 3x <=> (3 - 3x2 )1/3 Ta nhận thấy | f ’ | 2 1/3
(x) ≤ 0.045< 1 nên ta chọn hàm lặp  (x) = (3 - 3x )
Để bắt đầu quá trình lặp ta chọn xo là 1 số bất kỳ € [ -2.75; -2.5]
Do f (- 2.5) < 0 nên ta chọn đầu b = - 2.5 cố định, chọn xấp xỉ đầu x0 = - 2.5 Ta có quá trình lặp . 1 Đặt  2 1 1
(x) = (3 - 3x )1/3 <=> ’(x) = (3 – 3x)-2/3 = . 3 3 3 2 2 3 (  3x )
Để bắt đầu quá trình lặp ta chọn xo là 1 số bất kỳ € [ -2.75; -2.5] x 1 . Vì o = - 2.5 ; q =  € [ -2.75; -2.5] 3 1 ta có: | ’ (x) | 
 x € [ -2.75; -2.5]; ’(x) < 0  x € [ -2.75; -2.5] 3 x 2 1/3 n + 1 = (3 - 3x ) xo = - 2.5 x 2 1/3
1 = (3 – 3.(-2.5) ) = -2.5066
x2 = (3 – 3.( x1)2 )1/3 = -2.5119
x3 = (3 – 3.( x2)2 )1/3 = -2.5161
x4 = (3 – 3.( x3)2 )1/3 = -2.5194
x5 = (3 – 3.( x4)2 )1/3 = -2.5221
x6 = (3 – 3.( x5)2 )1/3 = -2.5242
x7 = (3 – 3.( x6)2 )1/3 = -2.5259
x8 = (3 – 3.( x7)2 )1/3 = -2.5272
x9 = (3 – 3.( x8)2 )1/3 = -2.5282
x10= (3 – 3.( x9)2 )1/3 = -2.590
x11 = (3 – 3.( x10)2 )1/3 = -2.5296
x12 = (3 – 3.( x11)2 )1/3 = -2.5301
Ta lấy nghiệm gần đúng:  = - 2.5301 q
Đánh giá sai số: | - x12 | = | x12 - x 1 q 11 | = 2.5.10 - 4 < 10-3 b) x  1 = 1 x Đặt f(x) = x  1 - 1 x Từ đồ thị ta có : f (0.7) = - 0.12473 < 0 f (0.8) = 0.09164 > 0
 f (0.7) . f (0.8) < 0 . Vậy ta có khoảng phân ly nghiệm là [ 0.7; 0.8] Ta có: 1 <=> x = = (x + 1 ) - 1/2 x 1 1 1 Đặt  - 1/2 1 (x) . = (x + 1 )
<=> ’(x) = - (x + 1) - 3/2 = - 2 2 3 (x  ) 1 Ta nhận thấy | f ’ | - 1/2
(x) ≤ 0.4141< 1 nên ta chọn hàm lặp  (x) = (x + 1 )
Để bắt đầu quá trình lặp ta chọn xo là 1 số bất kỳ € [ 0.7; 0.8]
Do f (0.7) < 0 nên ta chọn đầu b = 0.8 cố định, chọn xấp xỉ đầu x0 = 0.7. Ta có quá trình lặp
q = 0.4141 . Vì  € [ 0.7; 0.8] 1
ta có: | ’(x) |   x € [ 0.7; 0.8] ; ’ € 2 (x) < 0  x [ 0.7; 0.8] x -1/2 n + 1 = (x + 1 ) xo = 0.7 x -1/2 1 = (0.7 + 1 ) = 0.766964988
x2 = (x1+ 1 ) -1/2 = 0.75229128 x -1/2 3 = (x2+ 1 ) = 0.755434561
x4 = (x3+ 1 ) -1/2 = 0.754757917
Ta lấy nghiệm gần đúng:  = 0.754757917 q Đánh giá sai số: | - x | 4 | = x4 – x 1 q 3 | = 4,7735.10-4 < 10-3
Bài 4: Dùng phương pháp dây cung và tiếp tuyến, tìm nghiệm đúng với độ -2 chính xác 10 a) 3 x + 3x2 + 5 = 0 b) 4 x – 3x + 1 = 0 Lời giải : a) 3 x + 3x2 + 5 = 0
Tìm khoảng phân ly nghiệm của phương trình: f (x) = x3 + 3x2 + 5 <=> x3 = 5 - 3x2 Đặt y1 = x3 y2 = 5 - 3x2 y -2   0  1 x -1 -2 Từ đồ thị ta có: f (-2 ) = - 9 < 0
Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1 ] f (-1 ) = 1 > 0 Vì f (-2 ) . f (-1 ) < 0
* Áp dụng phương pháp dây cung ta có:
Do f (-2 ) = - 9 < 0 => chọn xo = -2 f (x ).(b  a ) x 0
1 = xo – f (b) f (a) = -1.1
f (x1) = 0.036 > 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1.1 ] f (x ).(b  a ) x 1 2 = x1 – = -1.14 f (b)  f (a)
f (x2) = 0.098 > 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1.14 ] f ( x ).(b  ) a x 2 3 = x2 – = -1.149 f ( ) b  f (a)
f (x3) = 0.0036> 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ - 2 ; -1.149 ]
x4 = -1.152 => f (x4) = 0.015> 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [- 2 ; -1.152 ]
x5 = -1.1534 => f (x5) = 0.0054 > 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [- 2 ;-1.1534 ]
x6 = -1.1539 => f (x6) = -1.1539 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [- 2 ;-1.1539 ].
Ta chọn nghiệm gần đúng  = - 1.53
Đánh giá sai số: |  - x f (x) ’ 6 |  |
| với m là số dương : 0 < m  f (x) m
 x € [-2 ;-1] | - x6 |  1.36 .10 -3 < 10 -2
* Áp dụng phương pháp tiếp tuyến ( Niwtơn) ta có: f ’(-2) = 19 > 0 f ’’(-2) = -12 < 0
=> f ’(-2) . f ’’(-2) < 0 nên ta chọn x0 = -2 Với x0 = -2 ta có: f ( x ) x 0 1 = x0 - ' f ( x ) = -1.4 0 f ( x ) x 1 2 = x1 - ' f (x ) = -1.181081081 1 f (x ) x 2 3 = x2 - ' f ( x ) = -1.154525889 2 f (x ) x 3 4 = x3 - ' f ( x ) = -1.15417557 3
Ta chọn nghiệm gần đúng  = - 1.154
Đánh giá sai số: |  - x f (x) 4 |  |
| với m là số dương : | f’(x) | m > 0 m
 x € [-2 ;-1] | - x4 |  1.99 .10 - 4 < 10 -2 b) 4 x – 3x + 1 = 0
Tìm khoảng phân ly nghiệm : f (x) = x4 – 3x + 1 3 f’(x) = 4x3 3 . 0
- 3 <=> f’(x) = 0 => => x = = 3 75 4 Bảng biến thiên: X -∞ 3 . 0 75 +∞ f (x) -∞ 0 +∞ f (x) - 1.044 Ta có : f (0) = 1 > 0
f (1) = -1< 0 Khoảng phân ly nghiệm [ 0 ; 1 ] ; [ 1; 2 ] f (2) = 11> 0
* Áp dụng phương pháp dây cung trong khoảng [ 0 ; 1 ] ta có:
Do f (1 ) = - 1 < 0 => chọn xo = 1 f (x ).(b  a ) x 0 1 = xo – = 0.5 f (b) f (a)
f (x1) = - 0.4375 <0 => Khoảng phân ly nghiệm [ 0; 0.5 ] f (x ).(b  a ) x 1 2 = x1 – = 0.3478 f (b)  f (a)
f (x2) = - 0.0288 <0 => Khoảng phân ly nghiệm [ 0 ; 0.3478] f ( x ).(b  ) a x 2 3 = x2 – f ( ) b  f (a) = 0.3380
f (x3) = - 0.00095 < 0 => Khoảng phân ly nghiệm [ 0 ; 0.3380]
x4 = 0.3376 => f (x4) = 0.0019 > 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [0.0019; 0.3380]
Ta chọn nghiệm gần đúng  = 0.3376
Đánh giá sai số: |  - x f (x) ’ 4 |  |
| với m là số dương : 0 < m  f (x) m  x € | - x - 4 -2 4 |  1.9.10 < 10
* Áp dụng phương pháp tiếp tuyến ( Niwtơn) trong khoảng [ 0 ; 1 ] ta có: f ’(1) = 1 > 0 f ’’(1) = 12 > 0
=> f ’(1) . f ’’(1) > 0 nên ta chọn x0 = 0 Với x0 = 0 ta có: f ( x ) x 0 1 = x0 - ' = 0.3333 f ( x ) 0 f ( x ) x 1 2 = x1 - ' = 0.33766 f (x ) 1 f (x ) x 2 3 = x2 - ' = 0.33766 f ( x ) 2
Ta chọn nghiệm gần đúng  = 0.3376
Đánh giá sai số: |  - x f (x) 3|  |
| với m là số dương : | f’(x) | m > 0 m
 x € [ 0 ; 1 ] | - x3|  6 .10 - 5 < 10 -2
* Áp dụng phương pháp dây cung trong khoảng [ 1; 2 ] ta có:
Do f (1 ) = - 1 < 0 => chọn xo = 1 f (x ).(b  a ) x 0
1 = xo – f (b) f (a) = 1.083
f (x1) = - 0.873<0 => Khoảng phân ly nghiệm [1.083; 2] f (x ).(b  a ) x 1 2 = x1 – = 1.150 f (b)  f (a)
f (x2) = - 0.7 <0 => Khoảng phân ly nghiệm [1.150; 2] f ( x ).(b  ) a x 2 3 = x2 – = 1.2 f ( ) b  f (a)
f (x3) = - 0.526< 0 => Khoảng phân ly nghiệm [1.2 ; 2]
x4 = 1.237 => f (x4) = -0.369 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.237 ; 2]
x5 = 1.2618 => f (x5) = -0.25 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2618 ; 2]
x6 = 1.2782 => f (x6) = - 0.165 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2782 ; 2]
x7 = 1.2889 => f (x7) = - 0.1069 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2889; 2]
x8 = 1.2957 => f (x8) = - 0.068 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.2957; 2]
x9= 1.3000 => f (x9) = - 0.0439 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.3; 2]
x10= 1.3028 => f (x10) = - 0.027 < 0
=> Khoảng phân ly nghiệm [1.3028; 2]
Ta chọn nghiệm gần đúng  = 1.30
Đánh giá sai số: |  - x f (x) ’ 10 |  |
| với m là số dương : 0 < m  f (x) m
 x € | - x10 |  -2.8.10 - 3 < 10 -2
* Áp dụng phương pháp tiếp tuyến ( Niwtơn) trong khoảng [ 1; 2 ] ta có: f ’(1) = 1 > 0 f ’’(1) = 12 > 0
=> f ’(1) . f ’’(1) > 0 nên ta chọn x0 =2 Với x0 = 0 ta có: f ( x ) x 0 1 = x0 - ' = 1.6206896 f ( x ) 0 f ( x ) x 1 2 = x1 - ' = 1.404181 f (x ) 1 f (x ) x 2 3 = x2 - ' = 1.320566 f ( x ) 2 f (x ) x 3 4 = x3 - ' = 1.307772 f (x ) 3 f (x ) x 4 5 = x4 - ' = 1.307486 f ( x ) 4
Ta chọn nghiệm gần đúng  = 1.30
Đánh giá sai số: |  - x f (x) 5|  |
| với m là số dương : | f’(x) | m > 0 m
 x € [ 1; 2 ] | - x5|  -7.486.10 - 3< 10 -2
Ta chọn nghiệm gần đúng  = 0.3376
Đánh giá sai số: |  - x f (x) ’ 4 |  |
| với m là số dương : 0 < m  f (x) m  x € | - x - 4 -2 4 |  1.9.10 < 10 Bài tập 5:
Tìm nghiệm dương nhỏ nhất của phương trình 2x  4x  0 (1) bằng
phương pháp tiếp tuyếnvới độ chính xác 5 10 Bài giải: B1:tìm khoảng phân ly x 
Ta tách phương trình (1)thành y 2 1 y  4x 2
Dựa vào phương pháp đồ thị ta tìm dươc khoảng phân ly là :0;0,5 vì f  0 ( ) o vậy f  f  0 f  0 (o ) (0,5) (0,5)
B2: tìm nghiệm của phương trình , ,, , ,,
f  0; f  0  f  f  0 nên ta chọn x  a 0 0 f(x 1 0 ) x  x   0   0,3024 1 0 , f 3,30685 (x ) 0 0,02359 x  0,3024   0,3099 2 3  ,14521 0,00002 x  0,3099  0,30991 3 3  ,14076 0,00001 x  0,30991  0,30991 4 3  ,14075
Vậy ta thấy nghiệm dương nhỏ nhất của phương trình là : x= 0,30991 Bài tập 6:
Dùng phương pháp Gauss để giải những hệ phương trình
Ax=b. Các phép tính lấy đến 5 số lẻ sau dấu phẩy: a.  1,5 0,1 0,1   0,4 A  0,1 1,5 0,1        b  0,8    0,3 0,2 0,5       0,2    x   0,4  1 x  x   B 0,8   2      x     0,2 3    Bài giải: Lập bảng gauss : Quá a  a trình i1 ai2 ai3 ai4 ij (cột kiểm tra) Thuận 1,5 -0,2 0,1 0,4 0,1 1,5 -0,1 0,8 -0,3 0,2 -0,5 0,2 1 -0,13333 0,06667 0,26667 0 1,48667 0,09333 0,82667 0 1,6 -0,48 0,28 1 0,06278 0,55605 1 -1,48448 -0,33326 1 0,22449 1 0,54196 1 0,32397
Vậy nghiệm của phương trình là : (0,32397 ; 0,54196 ;0,22449 ) b)  2,6 4,5 2,0 19,07  A  3,0 3,0 4,3       b  3, 21    6,0 3,5 3,0       18,  25    x1  19,07  x  x   B 3,21   2      x     18,  25 3    Bài giải: Lập bảng gauss : Quá a  a trình i1 ai2 ai3 ai4 ij (cột kiểm tra) 2,6 -4,5 -2,0 19,07 Thuận 3 3 4,3 3,21 -6 3,5 3 -18,25 1 -1,73077 -0,76923 7,33462 8,9231 6,60769 -18,79386 -6,88462 -1,61538 25,75772 1 0,80657 -2,29409 3,93754 9,96378 1 2,53045 1 -4,33508 1,77810 1 Bài 7: Giải hệ phương trình: 8x  y  z  x _ 5y  z (I)  x y  4 z  7
Bằng phương pháp lặp đơn,tính lặp 3 lần,lấy x(a)=g và đánh giá sai số của x3
Giải: Từ phương trình (I) x  y 1 . / 8 z 1 . / 8 1/8 x  125 , 0 y  0 125 , z  125 , 0  
 y  .x1/ 5  .z1/ 5 16 / 5  y  0 2 , x  , 0 2z  , 3 2   z  x 1 . / 4 . y 1/ 4  7 / 4 z  , 0 25x  , 0 25y  75 , 1  0 125 , 0 0 125 ,    125 , 0      => B=  , 0 2 0 0,2  ; g =  ,32       , 0 25 0,25 0    , 1 75  r  , 0 25 1 3 Ta xet r = max  i  b => 2 r  , 0 4 ij  j 1 3r  5, 0 3  r = maxi  b =0,5 <1 ij j 1
 phương pháp lặp đơn x(m) (m-1) =b.x
+g , hội tụ với mọi x0 cho trước ta có bảng sau: X Y Z B 0 0,135 0,125 0,2 0 0,2 0,25 0,25 0 X(0) -0,125 -3,2 -1,75 X(1) -0,74375 -3,575 -2,58125 X(2) -0,89453125 -3,865 -2,8296875 X(3) -0,961835937 -3,94484375 -2,939882875 Đánh giá sai số x(3) x(3)- x(2)
= max (0,067304687;0,07984375;0,110195375)
Áp dụng công thức (3.36) SGK ta có , 0 5 x(3) - 2  . 1 0 5 , 0,110195375 = 0,110195375
Vậy ta có nghiệm của phương trình là:
X= -0,961835937  0,110195375 Y= -3,94484337 0,110195375
Z= -2,939882875  0,110195375 Bâi 8 : Giải hệ phương trình 24,  21x 2, 42 x 3  ,85 x 30,24 1 2 3 2,  31x  31,49 x 1  ,52 x 40,95 1 2 3 3  ,49     1 x 4,85 2 x 28,72 3 x 42,81
x  1,24907  0,09995x  0,15902 x 1 2 3 
 x  1,30041 0,07335x  0,04826x 2 1 3
x 1,49059 0,1215x  0,1689x  3 1 2  x   0 0  ,09995 0  ,15902 1, 24907 1             f  x 0,07335 0 0, 04826 1, 30041 x 2        x   0  ,12151 0  ,16887 0   1,49059  3      Ta có: r  0,25897 1 1 
r  0,12171 1  pt hội tụ 2 r   0,29038 1 3 Lập bảng: x x x 1 2 3 0 -0,09995 -0,15902 B -0,07335 0 -0,04826 -0,12151 -0,16887 0 x 1,24907 1,30041 1,49059 0 1 x 0,98201 1,13685 1,11921 2 x 0,95747 1,17437 1,17928 3 x 0,94416 1,17326 1,17773 4 x 0,94452 1,17431 1,17774 5 x 0,94441 1,17429 1,17751 6 x 0,94452 1,17431 1,17753 7 x 0,94444 1,17429 1,17751
Nghiệm bằng: (0,94444; 1,17429; 1,17751) Bài 9
Xây dựng đa thức nội suy Lagrange của hàm y=f(x) cho dưới dạng bảng X 0 2 3 5 Y 1 3 2 5 Giải:
ở đây ta thấy n=3 nên đa thức nội suy là một đa thức bậc 3 có dạng
P3(x)= yo + lo (x) + y1L1(x) + y2 l2(x) + y3 l3(x) (x  ) 2 (x  ) 3 (x  ) 5 (x  0)(x  ) 3 (x  ) 5 (x  ) 0 ( x 2)(x  ) 5  p3(x)= +3. +2. + 5. (0  ) 2 0 (  ) 3 0 (  ) 5 (2 0)(2 ) 3 (2 ) 5 3 ( 0) 3 ( 2) 3 (  ) 5 ( x  ) 0 ( x 2)( x ) 3 5 (  ) 0 5 (  2) 5 (  ) 3 x3 10x2  31x  30 x3 8x2 15x x3 5x2 6x  p3(x) = + +  30 6 30 9x 3 65x 2 124x  30  p3(x) = 30
Vậy đa thức Lagrange cần tìm la : p 9x3  65x2 124x  30 3(x) = 30 Bài 10 :
Cho bảng giá trị của hàm số y= f(x) X 321,0 322,0 324,0 325,0 Y 2,50651 2,50893 2,51081 2,51188
Tính gần đúng t (324,5) bằng đa thức nội suy Lagrange ? Giải : Gọi x* =323,5  * * *
y(x ) =p3 (x ) = y0l0(x )+ y1l1(x* ) +y2l2(x* ) + y3l3(x* ) Ta có    l 3 ( 2 , 3 5 322 ) 8 , 3 ( 23 5 , 32 , 4 ) 2 (323 5 , 32 , 5 ) 0 0(x* ) = = - 0,031901041 (32 , 10 322 ) 8 , 3 ( 2 , 1 0 32 , 4 ) 2 3 ( 2 , 1 0 325 0 , ) = -0,03190    L 3 ( 23 5 , 32 , 1 ) 0 3 ( 23 5 , 32 , 4 2) 3 ( 2 , 3 5 325 0 , ) 1(x* )= = 0,473484848 3 ( 22 8 ,  3210 , ) 3 ( 22 8 ,  32 , 4 2) 3 ( 22 8 ,  32 , 5 ) 0 = 0,43748 L 3 ( 23 5 ,  32 , 1 ) 0 3 ( 23 5 ,  322 ) 8 , 3 ( 23 5 , 325 0 , ) 2(x* )= =0,732421875 (32 , 4 2 32 , 10) 3 ( 2 , 4 2 322 ) 8 , 3 ( 2 , 4 2 32 , 5 ) 0 =0,73242    L 3 ( 23 5 , 32 , 1 ) 0 3 ( 23 5 , 322 ) 8 , 3 ( 23 5 , 32 , 4 2) 3(x* )= =-0,174005681 (325 0 ,  32 , 1 ) 0 3 ( 25 0 , 322 ) 8 , 3 ( 2 , 5 0 32 , 4 ) 2 = -0,17401  y (323,5)= 2,50651.(-
0,03190)+2,50893.0,47348+2,51081.0,73242+2,51188.(-0,17401) =2,50985 Bài 11:
Cho bảng giá trị của hàm số y =f(x) X -1 0 3 6 7 Y 3 -6 39 822 1011
a. Xây dựng đa thức nội suy Niwton tiến xuất phát từ nút x0 =-1 của y = f(x)
b. Dùng đa thức nội suy nhận được tính giá trị f(0,25)
Giải : Đa thức vừa lặp là đa thức nội suy Niwton bước không đều a. Ta có bảng ký hiệu X Y THC1 THC2 THC3 THC4 -1 3 -9 6 0 -6 15 5 41 1 3 39 13 261 132 6 822 89 7 1611
Đa thức nội suy : p4(x) = 3-9(x+1)+6(x+1)x+5(x+1)x(x-3)+(x+1)x(x-3)(x-6)
= 3-9x-9+6x2+6x+5x3-10x2-15x+x4-8x3 2 +9x +18x  p 4 4(x) = x -3x3 2 +5x – 6 b. 4 3 2
Tính f(-0,25) = (-0,25) - 3(0,25) |+5(0,25) –b = -5,636719
Bài 12 : Cho bảng giá trị của hàm số y=sinx X 0,1 0,2 0,3 0,4 Y=f(x) 0,09983 0,19867 0,29552 0,38942
a. Dùng đa thức nội suy tiến xuất phát từ x0 = 0,1 tính gần đúng sin(0,4) và
đánh giá sai số của giá trị nhận được
b. Dùng đa thức nội suy lùi xuất phát từ x3 =0,4 tính gần đúng sin (0,46) và đánh giá sai số Giải:
a. Đa thức nội suy bước đều với h=0,1 ta có bảng sai phân: X Y  Y  2Y  3Y 0,1 0,09983 0,09884 -0,00199 0,2 0,19867 -0,00096 0,09685 0,3 0,29552 -0,00295 0,09390 0,4 0,38942
Áp dụng công thức đa thức nội suy Niwton tiến ta tính: Sai (0,014) = p  y t(t  ) 1 t(t  ) 1 (t  2) 0 2 3 n(x) [ x=0,1+0,1t] = y0 + t. +  y  y ! 1 ! 2 0 + ! 3 0
Theo bài ra ta có : x=0,14  0,1+0,1t =0,1 => t=0,4
Thay vào trên ta có : Sin(0,14) = 0,09983 + 0,4.0,09884 + , 0 4 , 0 ( 4  ) 1 (0,00199) 2 + , 0 ( 4 , 0 4  ) 1 ( ,
0 4  2) (-0,00096) = 0,13954336 6 Đánh giá sai số :
Ta có :  (x) = (x-0,1)(x-0,2)(x-0,3)(x-0,4) ( 1 , 0 ) 4 = 1 , 0 ( 4  0 ) 1 , ( 1 , 0 4  , 0 2)( 1 , 0 4  ) 3 , 0 ( 1 , 0 4  , 0 ) 4 = 0,00009984 => 0 , 0 0009984 sin( 1 , 0 4)  1 , 0 3954336  =4,16.10-6 ! 4
=> Nghiệm gần đúng sin(0,14) = 0,13954 10-5
b. Lập bảng sai phân với đa thức nội suy lùi X Y  1Y  2Y  3Y 0,4 0,38942 0,0939 -0,00295 0,3 0,29552 0,09686 -0,00096 -0,00199 0,09884 0,2 0,19867 0,1 0,09983
Dựa vào công thức sai phân lùi ta có
Sin(0,46) = p(x) ; [x= 0,4 + 0,1t = mọi người nhập trong tài liệu.
Sai số tính theo công thức (4.7) ở trênta có : 5 sin(0, 46) 0, 4439446 3, 8.10   
Ta quy tròn số0,4439446 đến 5 chữ số lẻ thập phân : 5 sin(0, 46) 0,44394 5.10   Bài 13 Cho bảng giá trị: X 2 4 6 8 10 12 Y 7,32 8,24 9,20 10,19 11,01 12,05
Hãy tìm công thực nghiệm có dạng y = ax + b Xi Yi X2i xi.yi N = 6 2 7,32 4 14,64 4 8,24 16 32,96 6 9,20 32 55,20 8 10.9 64 81,52 10 11,01 100 110,1 12 12,05 144 144,6 Tổng 42 58,01 364 439,02
Giá trị công thức na+b∑xi =∑yi a∑xi +b∑xi2 = ∑xiyi 6a  42b  01 , 58
Ta có hệ phương trình :  42a  346b  02 , 439 a  , 6 373333338 a  , 6 4 =>    =>  b  , 0 470714285 b  5 , 0
Vậy công thức nghiệm có dạng: y=6,4x +0,5
Bài 13: Cho bảng giá trị x 2 4 6 8 10 12 y= f(x) 7,23 8,24 9,20 10,19 11,01 12,05
Hãy tìm công thức thực nghiệm có dạng y = ax + b Ta lập bảng số: x 2 y x y i x i i i i 2 4 7,32 14,64 4 16 8,24 32,96 n= 6 6 36 9,20 55,2 8 64 10,19 81,52 10 100 11,01 110,1 12 144 12,05 144,6  42 364 58,01 439,02 Áp dụng công thức:
Thay số ta có hệ phương trình: 6 a 42b  01 , 58 a  , 6 373333333  , 6 4    42a  364b  02 , 439 b  0,470714285  , 0 5
Vậy công thức thực nghiệm cần tìm là y  5 , 0  , 6 4x
Bài 14: Cho bảng giá trị x 0,78 1,56 2,34 3,12 3,81 y= f(x) 2,50 1,20 1,12 2,25 4,28
Hãy tìm công thức thực nghiệm có dạng y = a + bx + cx2 Ta lập bảng số: x 2 i x 3 x 4 x y x y 2 y i i i i i i i x i 0,78 0,6084 0,474552 0,37015056 2,50 1,95 1,521 n= 5 1,56 2,4336 3,796416 5,92240896 1,20 1,872 2,92032 2,34 5,4756 12,812904 29,98219536 1,12 2,6208 6,13312 3,12 9,7344 30,371328 94,75854336 2,25 7,02 21,9024 3,81 14,5161 55,306341 210,7171592 4,28 16,3068 62,128908
 11,61 32,7681 102,761541 341,7504574 11,35 29,7696 94,605748 Áp dụng công thức: n.a + b. x  c x2 . y i   i  i a.  x  b x2 . c x3 x y i   i   i  i i a. x2  b. x3 c x4 x2 y i   i   i  i i Ta có hệ phương trình : 5a  , 11 61b  , 32 7681c  , 11 35  1 , 1 61a  3 , 2 7681b  102 7 , 61541c  2 , 9 7696  32,7681a  102 7 , 61541b  341 7 , 504574c  94 6 , 05748 a  0 , 5 22553658  5   b  , 4 014714129  4  c  0 , 1 02440262  1
Vậy công thức thực nghiệm cần tìm là : 2 y  5  4x  x .
CHƯƠNG 5: TÌM NGHIỆM GẦN ĐÚNG ĐẠO HÀM VÀ TÍCH PHÂN
Bài 15: Cho bảng giá trị x 50 55 60 y=f(x) 1,6990 1,7404 1,7782
Tính gần đúng y’(55) và y’(60) của hàm số y = lgx. So sánh với kết quả đúng tính
đạo hàm của hàm số y = lgx. Bài giải
Ta sử dụng công thức nội suy Niwtơn tiến bước đều: f’  (x)= 󰇣∆ ∆ ∆ ∆   −    +    −    + ⋯ 󰇤 (1)
Để tính gần đúng đạo hàm. Lập bảng sai phân: x y y 2 0 y0 50 1,6990 > 0,0414 > - 0,0036 55 1,7404 60 1,7782 > 0,0378
Thay vào công thức (1) ta được: +) f’ 
(55)= 󰇣0,0414 −   (−0,0036)󰇤 = 0,00864   +) f’ 
(60)= 󰇣0,0378 −   (−0,0036)󰇤 = 0,00792  
*) So sánh với kết quả đúng tính đạo hàm của hàm số y = lgx - Tính đạm hàm đúng:
Ta có: 󰆒 = ()󰆒 =  .
 󰆒(55) = (lg55)’ =  = 0,007896 .
 󰆒(60) = (60)󰆒 =  = 0,007238 . - So sánh:
+) |󰆒(55) − (55)′| = |0,00864 − 0,007896| = 0,000744
+) |󰆒(60) − (60)′| = |0,00792 − 0,007238| = 0,000682
Bài 16: Cho bảng giá trị x 0,11 0,13 0,15 0,17 1,18
y=f(x) 81,818182 69,230769 60,000000 52,941176 50,000000
Hãy tính y’(0,11). Kết quả làm tròn đến 6 chữ số lẻ thập phân. Bài giải: Lập bảng tỉ hiệu: x y y 2  y 3y 4  y 0,11 81,818182 - 629,37065 0,13 69,230769 419,805 - 461,53845 -24681,22917 0,15 60,000000 2714,93125 137119,1073 - 352,9412 0,17 52,941176 1960,786667 - 15082,89166 0,18 50,000000 - 294,1176 Ta có:
 P (x) = 81,818182– 629,37065 (x - 0,11) + 4195,805(x - 0,1)(x – 0,13) – 4
- 4681,2291 (x- 0,11)(x- 0,13)(x- 0,15) +
+ 137119,1073 (x- 0,11)(x- 0,13)(x- 0,15) (x- 0,17)
 P (x )= 137119,1073x4 - 101467,9292 x3 + 4
+ 29809,57226 x2- 4338,14816x+ 313,9906839.
 P' (x) = 548476,4292 x3 – 304403,7876 x2 + 59619,144452x- 4338,148167 4 Vậy ta có / y ( 1 , 0 ) 1 = P’ 3 2
4(0,11)= 548476,4292 (0,11) – 304403,7876(0,11)
+ 59619,144452 (0,11)- 4338,148167 = -733,3059747  / y ( 1 , 0 ) 1 = P’4(0,11)= -733,3059747
Câu 17. Cho bảng giá trị. x 0,12 0,15 0,17 0,2 0,22 y 8,333333 6,666667 5,882353 5,000000 4,545455 Hãy tính / y ( 1 , 0 )
2 . Kết quả làm tròn tới 6 chữ số thập phân. Giải: Lập bảng tỉ hiệu: x y y  2  y 3 y 4  y 0,12 8,333333 - 55,555533 0,15 6,666667 326,796666 - 39,215700 -1633,975075 0,17 5,882353 196,078660 7427,133610 0,2 5,000000 - 29,411767 133,690340 - 891,261714 0,22 4,545455 - 22,727250
 P (x) = 8,333333 – 55,555533 ( x -0,12) + 4 32 , 6 79666 ( 6 x  1 , 0 )( 2 x  1 , 0 ) 5  1633,9750 5 7 (x -0,12). (x  1 , 0 ) 5 .( x -0,17) + 7427,133610 (x  1 , 0 ) 2 (x  1 , 0 ) 5 .( x -0,17)( (x  , 0 ) 2 .  P (x )= 7427,1336 0 1 4 x  6387 3 , 40585 3 x  21739 , 27294 2 x  365 8 , 47435x  3 , 0 427706 4 /  P (x)  297085 , 3444 3 x  19162 0 , 2176 2 x  4347 8 , 54588x  365 8 , 47435 4 Vậy ta có / y ( 1 , 0 ) 2 = / P 1 , 0 ( ) 2  297085 , 344 . 4 1 , 0 23  1916 , 2 02176 2 x  4347 8 , 54588x  365 8 , 47435 4 = -68,689650.
Câu 18. Tính gần đúng y/(1) của hàm y = y(x) dựa vào bảng giá trị : x 0,98 1,00 1,02 y  y(x) 0,7739332 0,7651977 0,7563321 Giải: Theo bài ra ta có h = 0,02 f (x h)  f (x )
Áp dụng công thức Taylo, ta có: / f ( x ) 0 0  0 . h f f / 0 , 1 ( ) 2  , 1 ( 0 ) 0 0 7 , 563321 , 0 7651977 Thay số ta có: y ) 1 ( /  f ) 1 (     , 0 44328 , 0 02 , 0 02 Vậy / y ) 1 (   , 0 44328. Câu 19. Cho tính phân:  1,1 dx 1 , 0 1 (  2 4x)
a. Tính gần đúng tích phân trên bằng công thức hình thang tổng quát chia đoạn  1, 1 ; 1 , 0
thành 10 đoạn bằng nhau.
b. Đánh giá sai số của giá trị gần đúng tìm được. Giải: a. b  a 1 , 1  1 , 0 Theo bài ra ta có h    1 , 0 . n 10 Lập bảng giá trị : i x y 0 0,1 0,510204081 1 0,2 0,308641975 2 0,3 0,206611570 3 0,4 0,147928994 4 0,5 0,111111111 5 0,6 0,086505190 6 0,7 0,069252077 7 0,8 0,056689342 8 0,9 0,047258979 9 1,0 0,040000000 10 1,1 0,034293552
Áp dụng công thức hình thang IT =
h y  y  2y  y  y  y  y  y  y  y  y  . 0 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9  2 1 , 0 Thay số ta có: IT =
 0,510204081 +0,034293552 + 2(0,308641975 + 0,206611570 2 +
+ 0,147928994 +0,111111111+ 0,086505190 + 0,069252077 + 0,056689342 +
0,047258979 + 0,040000000 ) = 0,134624805 Vậy IT = 0,134624805. M. 2 h
b. Đánh giá sai số, ta có: I  I 
.b  a; Với M Max // f ( )
x , với mọi x a,b. T 12 / 1  1   32x  8 / Ta có f (x)   f ( ) x   2  2   4 1 (  4x)  1 (  4x) 1 (   4x) / 4 3     // 32x 8 32 1 ( 4 ) x 1  6 1 ( 4 ) x ( 3  2 x  ) 8 384 x  96  f (x )     4  8 5 1 (  4 ) x 1 (  4x) 1 (  4 ) x    // 384 1 , 0 . 96 Ta nhận thấy, Max // f (x) = f ) 1 , 0 (  24 9 , 8958767 1 (  4 ) 1 , 0 . 5 24 9 , 895876 . 7 1 , 0 2.( 1 , 1  ) 1 , 0  Sai số I  I   0 0 , 20824656. T 12 3,5 1 Câu 20. Cho tích phân:  x dx. 2 1  x
a. Tích gần đúng tích phân bằng công thức Símson tổng quát chia đoạn  ,3 ; 2 5
thành 12 đoạn bằng nhau.
b. Đánh giá sai số giá trị vừa tìm được. Giải: a. Theo bài ra ta có b  a 5 , 3  2 h    0 1 , 25 n 12 Lập bảng giá trị : i x y 0 2 -3 1 2,125 -2, 777777778 2 2,25 -2,6 3 2,375 -2,454545455 4 2,5 -2, 333333333 5 2,625 -2,230769231 6 2,75 -2,142857143 7 2,875 -2,066666667 8 3,0 -2 9 3,125 -1,941176471 10 3,25 -1, 888888889 11 3,375 -1,842105263 12 3,5 -1,8
Áp dụng công thức Símson h I S 
 y  y  4( y  y  y  y  y  y )  2( y  y  y  y  y 0 12 1 3 5 7 9 11 2 4 6 8 )  3 10 1 , 0 25  3 8, 1  . 4 (-2, 7 77777778 - 2,4545454 5 5 - 2,2307692 1 3 - 2,0666666 7 6 1 - ,9411764 1 7 - 3 -1,8421052 3 6 ) 2
.( -2,6 -2, 333333333 -2,142857143 -2 -1, 888888889)  = = -3.332596758 Vậy I  -3.332596 5 7 8 S M. 4 h
b. Đánh giá sai số: I  I   S .(b a) 180 Trong đó M Max //// f ( ) x với a  x  b Ta có: 2 1 x     / 2 // 4 x 4 /// 12x 24x 20 f ( ) x   f ( ) x   f ( ) x   f ( ) x  2 2 2 2 3 1 x 1 2 x x 1 (  2x  x ) 1 ( 2x  x )  //// 64. 1 ( x)  f (x)  2 4 1 (  2 x  x ) Ta nhận thấy: Max  //// //// 6 . 4 1 , 0 254.( , 3 5 2) f (x)  f ( ) 2  64  I  I   , 0 000130208 3 3 33. S 180 CHƯƠNG 6:
TÌM NGHIỆM GẦN ĐÚNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN Bài 21 1 1
Dùng công thức Simpson tổng quát để tính gần đúng tích phân: dx  . 3 0 x  1 1 0
Chia [0;1] thành 10 đoạn bằng nhau, suy ra h =  1 , 0 1 Ta tính ra bảng sau : Thứ tự x 1 f(x) = 3 x 1 0 0 1,00000 1 0,1 0,99950 2 0,2 0,99602 3 0,3 0,98677 4 0,4 0,96946 5 0,5 0,94281 6 0,6 0,90685 7 0,7 0,86290 8 0,8 0,81325 9 0,9 0,76051 10 1,0 0,70711
Áp dụng công thức Simpson : h Is =
[ y0+ y10 + 4( y1+ y3+ y5+ y + y + y 3 7 9 )+ 2( y2 4+ y6+ y8 ) 1 , 0 Is =
[1 + 0,70711+ 4(0,99950 + 0,98677 + 0,94281 + 0,86290 + 0,76051)+ 3
2(0,99602 + 0,96946 + 0,90685 + 0,81325 ) Is = 0,90961 Bài 22 8 , 0 2 sin x
Dùng công thức Simpson tổng quát để tính gần đúng tích phân  dx 1 cosx 8 , 0   8 , 0 ( ) 8 , 0
Chia [-0,8; 0,8] thành 16 đoạn bằng nhau, suy ra h = = 0,1 16 Ta tính ra bảng sau : sin 2 x Thứ tự x f(x) = 1  cos x 0 - 0,8 0.934412 1 - 0,7 0.855826 2 - 0,6 0.762860 3 - 0,5 0.656932 4 -0,4 0.539743 5 -0,3 0.413236 6 -0,2 0.279557 7 -0,1 0.141009 8 0 0.000141 9 0,1 0.141009 10 0,2 0.279557 11 0,3 0.413236 12 0,4 0.539743 13 0,5 0.656932 14 0,6 0.762860 15 0,7 0.855826 16 0,8 0.934412
Áp dụng công thức Simpson : h Is = [y0+y 3
16 + 4(y1+y3+y5+ y7+ y9+ y11+y13+ y15)+ 2(y2+ y4+ y6+ y8+ y10+ y12+ y14 )
Thay số và tính toán ta được kết quả Is = 0,824459 Bài 23 0,5 ln(cosx)
Dùng công thức Simpson để tính gần đúng tích phân dx  ln 1 (  cos x) 0,5
Chia [-0,5;0,5] thành 8 đoạn bằng nhau ta có h =0,125 Ta tính ra bảng sau : Thứ tự x ln(cos ) x f(x) = ln 1 (  cosx) 0 - 0,5 - 0,207281 1 - 0,375 - 0,109497 2 - 0,250 - 0,046615 3 - 0,125 - 0,011365 4 0,000 0,000000 5 0,125 - 0,011365 6 0,250 - 0,046615 7 0,375 - 0,109497 8 0,5 - 0,207281
Áp dụng công thức Simpson : h Is = [ y0+ y8 + 4( y1+ y3+ y + y + y ) 3 5+ y7 )+ 2( y2 4 6
Thay số và tính toán ta được kết quả Is = - 0,065330
Bài 24: Cho bài toán Cauchy: y’= y2 - x2
Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Euler trên [1,2], chọn bước h= 0,1. Bài giải:
Theo đầu bài ta có: h= 0,1; U0= y(1)= 1, x0 = 1
Áp dụng công thức Euler: Ui+1= Ui+ hf(xi ; yi) Ta tính được U 2
1= U0+ hf(x0 ; y0) = 1+ 0,1(1 -12)= 1 U 2
2= U1+ hf(x1 ; y1) = 1+ 0,1(1 -1,12)= 0,979 U 2
3= U2+ hf(x2 ; y2) = 1+ 0,1(0,979 -1,22)= 0,9308441 U 2
4= U3+ hf(x3 ; y3) = 1+ 0,1(0,9308441 -1,32)= 0,848491173 U 2
5= U4+ hf(x4 ; y4) = 1+ 0,1(0,848491173 -1,42)= 0,724484901 U 2
6= U5+ hf(x5 ; y5) = 1+ 0,1(0,724484901 -1,52)= 0,551972738 U 2
7= U6+ hf(x6 ; y6) = 1+ 0,1(0,551972738 -1,62)= 0,326440128 U 2
8= U7+ hf(x7 ; y7) = 1+ 0,1(0,326440128 -1,72)= 0,048096444 U 2
9= U8+ hf(x8 ; y8) = 1+ 0,1(0,048096444 -1,82)= - 0,275672228 U 2
10= U9+ hf(; y9) = 1+ 0,1[(- 0,275672228) -1,92) = - 0,629072711 U 2
11= U10+ hf(x10 ; y10) = 1+ 0,1- 0,629072711) -22) = - 0,989499463
Vậy nghiệm gần đúng cần tìm là: U11= α =- 0,989499463 / 2 x
Câu 25. Cho bài toán Cauchy. y  y  y y(0) = 1, 0 x 1.
Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Euler cải tiến ( chỉ lặp 1 lần),chọn bước h
= 0,2 và so sánh kết quả với nghiệm đúng. Giải: Theo bài ra ta có u  y 0 ( )  ; 1 h  2 , 0 . 0
Vì x x ih , ta có bảng giá trị của x : i 0 x 0,0 0 x 0,2 1 x 0,4 2 x 0,6 3 x 0,8 4 5 x 1,0
Theo phương pháp Euler cải tiến ( Phương pháp hình thang). (0) u  u  hf (1)  (x ,u ) i 1 i i i ( m 1  ) h u u f x u f x u . (2) i  i  i i  m 1  ( , ) ( , ( )i1) i 1   2 0 Từ (1) và (2) ta có (0) u
 u  hf (x ,u )  1 , 0 1 ( 2  )  , 1 2 . 1 0 0 0 1 1 ( ) h  2.0   . 2 , 0 2   u  u  f x u  f x u 1  1 , 0 1     , 1 2 = 1,186667. 1  0  ( , ) ( , (0)) 0 0 1 1  2    1   , 1 2   (0) 1 ( ) u  u  , 0 2 f ( x , 1() u )  1 , 1 86667  0,   . 2 1 1 1  2. , 0 2 2 1 , 1 86667  3 , 1 56585 1 , 1 86667 1 ( ) h u  1() u f x u f x u 2 1   ( 1 , 1() 1 )  ( 2, (0) 2 )   2  2 0 .   2 0 . ,4   1 , 1 86667  0 1 ,  1 , 1 86667     3 , 1 56585     3 , 1 48325  1 , 1 86667   3 , 1 56585   (0) 1 ( )  . 2 , 0 4  u  u  , 0 2 f (x , 1() u )  348325 , 1  , 0 2 348325 , 1    , 1 499325 . 3 2 2 2  348325 , 1  1 ( ) h u  1() u  f x u f x u 3 2  ( , 1())  ( , (0)) 2 2 3 3   2  . 2 , 0 4   . 2 0 6 ,   3 , 1 48325  1 , 0  3 , 1 48325     , 1 499325    , 1 493721   3 , 1 48325   , 1 499325      (0) 1 ( ) ( ) 1 . 2 , 0 6 u  u  , 0 2 f (x ,u )  , 1 493721 0,2 , 1 493721   631793 , 1 . 4 3 3 3  , 1 493721 1 ( ) h u  1() u f x u f x u 4 3   ( 3, 1() 3 )  ( 4 , (0) 4 )   2  . 2 , 0 6   2 0 . 8 ,   4 , 1 93721  1 , 0  , 1 493721      , 1 631793     6 , 1 27884  , 1 493721  , 1 631793 (0) 1 ( )  . 2 8 , 0  u  u  h f x u       . 5 . ( , 1() ) , 1 627884 , 0 2 , 1 627884 756887 , 1 4 4 4  627884 , 1  1 ( ) h u  1() u f x u f x u 5 4   ( 4 , 1() 4 )  ( 5, (0) 5 )   2  2. 8 , 0   2 1 .   , 1 627884 1 , 0  6 , 1 27884      7 , 1 56887     7 , 1 54236.  6 , 1 27884   , 1 756887  
Vậy nghiệm gần đúng cần tính là 1() u =  7 , 1 54236 5
Câu 26. Cho bài toán Cauchy y/  x  y .
y(0)= 1. Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Euler cải tiến với độ chính xác
đến 4 chữ số lẻ thập phân trùng nhau, giá trị của y(0,1). chọn bước h = 0,05. Giải:
Theo bài bước h = 0,05. f(x,y) = x + y Theo công thức Euler cải tiến ta có: ( m 1  ) h m u    (1)  u f x u f x u i 1 i  ( , ) ( , ( ) i i i 1  i 1  ) 2 (0) u  u  hf (x ,u ) (2) i 1  i i i Từ (1) và (2) ta có: (0) u  u  hf x u     1 ( , ) 1 , 0 0 ( 5 0 ) 1 , 1 05 0 0 0 h 1 ( ) u u  f x u  f x u       1 0  ( , ) ( , (0) 0 0 1 1  0 , 0 5 ) 1 0  1  ,005 0, 1 5 0 , 1 525 2 2 (2) h u u  f x u  f x u       1 0  ( , ) ( , 1()) 0 0 1 1  0 , 0 5 1
0 1  ,005 ,10525 ,105256 2 2 Ta thấy (2) u - ( )1
u = 1,05256 – 1,0525 = 0,00006 < 10-4 đạt yêu cầu chính xác, lấy gần 1 1 đúng u = 1,0526. 1 Tính tiếp cho u , ta có: 2 (0) u  u  h.f x u     2 1  ,1 1 0, 1 526 0 , 0 ( 5 0 , 0 5 0 , 1 52 ) 6 1 , 1 07 . 7 1 ( ) h u u  f x u  f x u       2 1  ( , ) ( , (0) 1 1 2 2  0 0 , 5 ) 0 , 1 526  0, 0 5 , 1 0526  1 , 0 1 , 1 077 1 , 1 1036 2 2 (2) h u  u  f x u  f x u       2 1  ( , ) ( , 1()) 1 1 2 2  , 0 05 , 1 0526 0 0,5 ,10526  1, 0 1 , 1 1036 1 , 1 1042 2 2 Cũng như với u ta có (2) u  1()
u = 0,00006<10-4. Ta có thể lấy y(0,1) = u( ) 1 , 0 = 1 2 2 u  1,1104. 2
Câu 27. Cho bài toán Cauchy /y 1 2  y ( y ) 0  0
Hãy tìm nghiệm gần đúng bằng phương pháp Runge – Kutta cấp 4 trên  , 0 ; 0  6 . Chọn bước h= 0,2.
Giải Theo bài ra, ta có x  , 0 b  6 , 0 , h  , 0 2 0 b  x 0 6 ,  0 0  n    3 h , 0 2 Ta có bảng: 0 x 0 x 0,2 1 x 0,4 2 3 x 0,6 * Tính u u0  0 1 với  x  0 0 Ta có k  . h f (x ,u )  , 0 1 ( 2  0 2)  , 0 2 1 0 0 k  h.f (x  0 5 , h;u  0 5 , k )  , 0 1 ( 2  1 , 0 2 )  0 2 , 02 2 0 0 1 k  . h f ( x  5 , 0 . ; h u  0 . 5 , k )  , 0 1 ( 2  1 , 0 012 )  , 0 2020402 3 0 0 2
k  h. f (x  h;u  k )  , 0 1 ( 2  20204022 )  , 0 208164048 4 0 0 3 1 1  u  u  k  k  k  k      1 0 ( 1 2 2 2 3 4 ) 0 , 0 ( 2 2 0 . 2 , 02 . 2 , 0 2020402 , 0 20816404 ) 8 6 6  0,202707408 u  , 0 202707408 *Tính u với 1 2  x  , 0 2 1 Ta có: k  . h f (x , u )  , 0 1 ( 2  , 0 202707408 2)  , 0 208218058 1 1 1 k  h f x  h u  k    2 . ( 1 5 , 0 ; 1 0 5 , ) , 0 1 ( 2 , 0 3068164372 1 ) , 0 218827265 k  h. f (x  5 , 0 .h;u  5 , 0 .k )  0, 1 ( 2  3 , 0 12121042 )  , 0 219483908 3 1 1 2 k  . h f ( x  ; h u  k )  , 0 2 1 (  , 0 4221913162 )  , 0 235649101 4 1 1 3 1 1
 u  u  ( k  2k  2k  k )  0,202707408  , 0 ( 208218058 2. , 0 218827265 2 1 6 1 2 3 4 6  2. , 0 219483908  , 0 23564910 ) 1  4 , 0 22788992. u2  0,422788992 *Tính u với 3  2x  0,4 Ta có: k  . h f (x ,u )  , 0 1 ( 2  , 0 4227889922 )  , 0 235750106 1 2 2 k  . h f ( x  , 0 5 ; h u 0 5 , k )  , 0 1 ( 2  5 , 0 40664045 2) 0,258463521 2 2 2 1 k  h. f (x  , 0 . 5 h;u  5 , 0 .k )  0, 1 ( 2  5 , 0 52020752 2)  , 0 260945382 3 2 2 2 k  h f x  h u  k    4 . ( 2 ; 2 ) , 0 2 1 ( , 0 6837343742 3 ) 0,293498538 1 1
 u  u  (k  2k  2k  k )  , 0 422788992 0 ( ,235750106  . 2 , 0 258463521 3 2 6 1 2 3 4 6  2 0 . ,260945382  , 0 29349853 ) 8  , 0 684133 . 4 u  0 6 , 841334 *Tính u với 3 4  x3  0 6 , k  . h f ( x , u )  , 0 2 1 (  0 6 , 8413342 )  , 0 293607701 1 3 3 k  h f x  h u  k    2 . ( 3 5 , 0 ; 3 0 5 , ) , 0 1 ( 2 0 8 , 3093725 2 1 ) 0 3 , 38091342 k  . h f (x  5 , 0 .h;u  0 5 , .k )  , 0 1 ( 2  8 , 0 531790712 )  3 3 3 2 3 , 0 45582905 k  . h f( x  ; h u  k )  , 0 1 ( 2  0 , 1 297163052 )  4 3 3 3 , 0 412063133 1 1
 u  u  (k  2k  2k  k ) 6 , 0 841334 ( , 0 293607701 2 0 . 3 , 38091342  4 3 6 1 2 3 4 6  2 0 . 3 , 45582905  , 0 41206313 ) 3  0 , 1 29636621
Bài 28: Dùng phương pháp trung điểm giải bài toán sau:  󰆒 =  − 
Với 0 ≤  ≤ 1; y(0) =1, chọn bước h =0,2. Kết quả làm tròn 6 chữ số lẻ thập phân. Bài giải Ta có: U0= y(0) =1
Áp dụng phương pháp trung điểm ta tính được:  +    1= U0 + (U0- ) = 1    U1= U0 + h(
1- (,))) = 1,000999  +    2= U1 + (U1- ) = 1,003088    U2= U1 + h(
2- (,))) = 1,010495  +    3= U2 + (U2- ) = 1,019277    U3= U2 + h(
3- (,))) = 1,037935  +    4= U3 + (U3- ) = 1,057977    U4= U3 + h(
4- (,))) = 1,091733  +    5= U4 + (U4- ) = 1,126575    U5= U4 + h(
5- (,))) = 1,177547   +    6= U5 + (U5- ) = 1,229245    U6= U5 + h(
6- (,))) = 1,2982670 
Bài 29: Dùng phương pháp trung điểm giải bài toán sau:  󰆒 =  − 
Với 0,3 ≤  ≤ 0,5; y(0,3) =0,943747, chọn bước h =0,1. Kết quả làm tròn 6 chữ số lẻ thập phân. Bài giải Ta có: U0= y(0) =0,943747
Áp dụng phương pháp trung điểm ta tính được: 
+)  =   +( )= 0,926822832 
 − .      =   + ℎ(
 − (,).( ,))= 0,891524 
+)  =   +( )= 0,859038 
 − .  
.(,)
  =   + ℎ( − ( ,) )= 0,813037 
+)  =   + ( )= 0,764708 
 − .  
.(,)
  =   + ℎ(
 − ( ,) )= 0,696278 
Vậy nghiệm gần đúng cần tìm là: U3= α= 0,696278