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CJL-sysu committed Jun 2, 2024
1 parent 671b7e3 commit c91a368
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8 changes: 2 additions & 6 deletions 1/index.md
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Expand Up @@ -2,9 +2,7 @@

记 $x^*$ 为准确值, $x$ 为 $x^*$ 的一个近似值

**绝对误差** $e_p = |x - x^*| $

**相对误差** $e_r = \displaystyle \left|\frac{x-x^*}{x}\right| $
**绝对误差** $e_p = |x - x^*| $ **相对误差** $e_r = \displaystyle \left|\frac{x-x^*}{x}\right| $

**相对误差限** $\displaystyle\varepsilon_r=\frac{\varepsilon}{\mid x\mid}\geqslant\frac{\mid x-x^*\mid}{\mid x\mid}=\mid e*{\mathrm{r}}\mid $

Expand All @@ -30,6 +28,4 @@ $C_p\geqslant 10$ 就认为问题是病态的

**Horner's Method(秦九韶算法)**

$P_n(x)=\displaystyle\sum_{i=0}^na_ix^i$ ,求 $P(x_0)$ 只需求 $b_n$

其中 $ b_0=a_0,b_k=a_k+b_{k-1}x $
$P_n(x)=\displaystyle\sum_{i=0}^na_ix^i$ ,求 $P(x_0)$ 只需求 $b_n$ 其中 $ b_0=a_0,b_k=a_k+b_{k-1}x $
7 changes: 3 additions & 4 deletions 2/index.md
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Expand Up @@ -81,9 +81,8 @@ $f[x_0, x_1, \dots, x_n]=\displaystyle \frac{f^{(n)}(\xi)}{n!},\xi\in[a, b] $

记 $h$ 为小区间长度, $M_i=S''(x_i), y_i=f(x_i)$ ,在区间 $[x_i, x_{i+1}]$ 上的 $S(x)$ 为

- $a_i=\displaystyle \frac{M_{i+1}-M_i}{6h} $
- $b_i=\displaystyle \frac{M_i}{2} $
- $c_i=\displaystyle \frac{y_{i+1}-y_i}{h}-\frac{(M_{i+1}+2M_i)h}{6} $
- $d_i=y_i $
$a_i=\displaystyle \frac{M_{i+1}-M_i}{6h} $ , $b_i=\displaystyle \frac{M_i}{2} $

$c_i=\displaystyle \frac{y_{i+1}-y_i}{h}-\frac{(M_{i+1}+2M_i)h}{6} $ , $d_i=y_i $

其中 $M_i$ 根据条件解线性方程组得到: $M_i+4M_{i+1}+M_{i+2}=\displaystyle \frac{6(y_i-2y_{i+1}+y_{i+2})}{h^2}, 1\leqslant i\leqslant n-2 $
4 changes: 1 addition & 3 deletions 3/index.md
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Expand Up @@ -13,9 +13,7 @@

**无穷范数** $\Vert \mathbf{x} \Vert_\infin=\displaystyle \max_{1\leqslant i\leqslant n}|x_i|$

**1-范数** $\Vert \mathbf{x} \Vert_1=\displaystyle \sum_{i=1}^n|x_i|$

**2-范数**: $\Vert \mathbf{x} \Vert_2=\displaystyle \sqrt{\sum_{i=1}^n x_i^2}$
**1-范数** $\Vert \mathbf{x} \Vert_1=\displaystyle \sum_{i=1}^n|x_i|$ **2-范数**: $\Vert \mathbf{x} \Vert_2=\displaystyle \sqrt{\sum_{i=1}^n x_i^2}$

**内积**:设 $X$ 是数域 $K$ 上的线性空间, $\forall u, v\in X$ 。有 $K$ 中的一个数与其对应,记为 $(u, v)$ ,其满足:

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Expand Up @@ -2,35 +2,33 @@

## **数值积分**

**左矩形公式** $I \approx \left(b-a\right) f(a) $

**右矩形公式** $I \approx \left(b-a\right) f(b) $
**左矩形公式** $I \approx \left(b-a\right) f(a) $ **右矩形公式** $I \approx \left(b-a\right) f(b) $

**中点矩形公式** $I \approx \left(b-a\right) \displaystyle f\left(\frac{a+b}{2}\right) $

**插值型求积公式** $I\approx I_n = \displaystyle \int_a^b L_n(x)dx=\sum_{k=0}^n A_k f(x_k)$ , 其中 $\displaystyle A_k=\int_a^b l_k(x)dx$

余项 $\displaystyle R[f]=\int_a^b\frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}\omega_{n+1}(x)dx$
余项 $\displaystyle R[f]=\int_a^b\frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}\omega_{n+1}(x)dx$ ,至少有n次代数精度

形如 $I_n=\sum^{n}A_kf(x_k)$ 的积分公式至少有 $n$ 次代数精度的充要条件是:它是插值型的

**牛顿-柯特斯公式**: $I\approx I_{n}=\displaystyle (b-a)\sum_{k=0}^{n}\mathbf{C}_{k}^{(n)}f(x_{k})$

其中 $h=\displaystyle \frac{b-a}n, x_k=a+kh$

若n为偶数,则n阶N-C公式至少有n+1次代数精度

**柯特斯系数**: $\mathbf{C}_{k}^{(n)}=\displaystyle \frac{(-1)^{n-k}}{k!(n-k)!\cdot n}\int_{0}^{n}\prod_{j=0,j\neq k}^{n}(t-j)dt $

$\displaystyle \sum_{k=0}^n C_k^{(n)}=1$ 恒成立

**梯形公式** $I_1=\displaystyle \frac{b-a}{2}[f(a)+f(b)]$

余项 $R[f]=\displaystyle -\frac{(b-a)^3}{12}f''(\eta)$
**梯形公式** $I_1=\displaystyle \frac{b-a}{2}[f(a)+f(b)]$ 余项 $R[f]=\displaystyle -\frac{(b-a)^3}{12}f''(\eta)$

**辛普森公式** $I_2=\displaystyle\frac{b-a}{6}[f(a)+4f(\frac{a+b}2)+f(b)]$

余项 $R[f]=\displaystyle-\frac{(b-a)^5}{2880}f^{(4)}(\eta)$

**柯特斯公式** $I_4=\displaystyle\frac{b-a}{90}[7f(x_0)+32f(x_1)+12f(x_2)+32f(x_3)+7f(x_4)]$

误差 $R[f]=\displaystyle -\frac{(b-a)^7}{1935360}f^{(6)}(\eta), \eta\in(a, b)$
**柯特斯公式** $I_4=\displaystyle\frac{b-a}{90}[7f(x_0)+32f(x_1)+12f(x_2)+32f(x_3)+7f(x_4)]$ 误差 $R[f]=\displaystyle -\frac{(b-a)^7}{1935360}f^{(6)}(\eta), \eta\in(a, b)$

**复化的梯形公式** $I\approx T_n = \displaystyle \frac h2[f(a)+2\sum_{k=1}^{n-1}f(x_k)+f(b)]$

Expand All @@ -56,18 +54,11 @@ $\displaystyle \sum_{k=0}^n C_k^{(n)}=1$ 恒成立

## **数值微分**

**向前差商公式** $f'(x)\approx\displaystyle \frac{f(x+h)-f(x)}h$


误差: $\displaystyle-\frac h2 f''(\xi)$

**向后差商公式** $f'(x)\approx\displaystyle \frac{f(x)-f(x-h)}h$

误差: $\displaystyle\frac h2 f''(\xi)$
**向前差商公式** $f'(x)\approx\displaystyle \frac{f(x+h)-f(x)}h$ 误差: $\displaystyle-\frac h2 f''(\xi)$

**中心差商公式** $f'(x)\approx\displaystyle \frac{f(x+h)-f(x-h)}{2h}$
**向后差商公式** $f'(x)\approx\displaystyle \frac{f(x)-f(x-h)}h$ 误差: $\displaystyle\frac h2 f''(\xi)$

误差: $\displaystyle-\frac{h^2}6f'''(\xi)$
**中心差商公式** $f'(x)\approx\displaystyle \frac{f(x+h)-f(x-h)}{2h}$ 误差: $\displaystyle-\frac{h^2}6f'''(\xi)$

**舍入误差上界** $\delta(f'(a))=\displaystyle f'(a)-G(a)\leqslant\frac{|\varepsilon_1|+|\varepsilon_2|}{2h}\leqslant\frac{\varepsilon}{h}$ , $\varepsilon=\max\{|\varepsilon_{1}|,|\varepsilon_{2}|\}$

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Expand Up @@ -4,35 +4,31 @@

$| x_k-x^*|\leqslant(b_k-a_k)/2=(b-a)/2^{k+1}\quad (k=0,1,2\dots)$

**不动点**:给定初始值 $x_0$ ,如果对任意 $x_0\in [a, b]$ ,由迭代公式 $x_{k+1}=\phi(x_k)$ 得到的迭代序列 $\{x_k\}$ 存在极限 $\displaystyle \lim_{k\rightarrow\infin}x_k=x^*$ ,则称该迭代公式收敛, $x^*$ 就称为不动点

**不动点的存在性**

设迭代函数 $\phi(x)\in C[a,b]$ ,并且

- $\forall x\in [ a, b]$ ,都有 $\phi(x)\in[a,b]$
(1) $\forall x\in [ a, b]$ ,都有 $\phi(x)\in[a,b]$

- $\exists0\leq L<1$ , 使得 $\forall x,y\in[a,b]$ ,都有 $|\phi(x)-\phi(y)|\leq L| x-y|$
(2) $\exists0\leq L<1$ , 使得 $\forall x,y\in[a,b]$ ,都有 $|\phi(x)-\phi(y)|\leq L| x-y|$

那么 $\phi(x)$ 在 $[a,b]$ 上存在唯一的不动点 $x^*$

上述定理的第二个条件可用 $\left|\phi^{\prime}(x)\right|\leq L<1$ 代替。

误差估计:
- $|x_k-x^*|\leqslant\displaystyle \frac{L^k}{1-L}| x_1-x_0 | $
- $|x_{k}-x^{*}|\leqslant\displaystyle \frac{L}{1-L}| x_{k}-x_{k-1}|$

**局部收敛性**
$|x_k-x^*|\leqslant\displaystyle \frac{L^k}{1-L}| x_1-x_0 | $ 或 $|x_{k}-x^{*}|\leqslant\displaystyle \frac{L}{1-L}| x_{k}-x_{k-1}|$

设 $\phi(x)$ 有不动点 $x^*$ ,如果存在 $x^*$ 的某个邻域 $\Delta:|x-x^*|\leqslant \delta$ ,对任意的 $x_0\in \Delta$ ,迭代公式产生的序列 $\{x_k\}$ 满足 $x_i\in \Delta$ ,且收敛到 $x^*$ ,则称该迭代公式局部收敛
**局部收敛性**

若 $\phi^\prime(x)$ 在 $x^*$ 的某邻域内连续,且 $|\phi^{\prime}(x^{*})|<1$ ,则迭代法是局部收敛的.

**收敛阶**

误差 $e_k=x_k-x^*$ , 若 $\displaystyle \lim_{k\to\infty}\frac{e_{k+1}}{e_k^p}=C$ , $C\ne 0$ , 则称迭代过程为 $p$ 阶收敛的
误差 $e_k=x_k-x^*$ , 若 $\displaystyle \lim_{k\to\infty}\frac{e_{k+1}}{e_k^p}=C$ , $C\ne 0$ , 则迭代过程 $p$ 阶收敛

如果迭代函数在不动点 $x^*$ 附近有 $p$ 阶连续导数且 $\phi^{\prime}(x^*)=\phi^{\prime\prime}(x^*)=\cdots=\phi^{(p-1)}(x^*)=0,\quad\phi^{(p)}(x^*)\neq0$ ,那么迭代过程在 $x^*$ 附近是 $p$ 阶收敛的
如果迭代函数在不动点 $x^*$ 附近有 $p$ 阶连续导数且 $\phi^{\prime}(x^*)=\phi^{\prime\prime}(x^*)=\cdots=\phi^{(p-1)}(x^*)=0,\quad\phi^{(p)}(x^*)\neq0$ ,那么迭代过程在 $x^*$ 附近 $p$ 阶收敛

**斯特芬森迭代法**

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Expand Up @@ -83,7 +83,7 @@ $$

**线性多步法**: $ y_{n+k}=\displaystyle \sum_{i=0}^{k-1}\alpha_i y_{n+i}+h\sum_{i=0}^k\beta_i f_{n+i}, f_{n+i}=f(x_{n+i}, y_{n+i}) $

$\beta_k \neq 0$ 隐式 $k$步法;否则为显示多步法
$\beta_k \neq 0$ 隐式 $k$ 步法;否则为显示多步法

**局部截断误差**: $ T_{n+k}=c_{p+1}h^{p+1}y^{(p+1)}(x_n)+O(h^{p+2}) $

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