数值计算方法

常见“问题”

1.如何认识数值计算课程？它与数学学科的其它分支以及计算机的关系如何？

2、何为算法？如何判断数值算法的优劣？

3.数值计算方法中最关注哪些误差？为什么？

4.什么是算法的稳定性？如何判断算法稳定性？

5.什么是问题的病态性？它是否受所用算法的影响？

6. 判断下列命题的正确性：

（1） 解对数据的微小变化高度敏感是病态的。

（2） 高精度运算可以改善问题的病态性。

（3） 无论问题是否病态，只要算法稳定都能得到好的近似值。

（4） 用一个稳定的算法计算良态问题一定会得到好的近似值。

（5） 两个相近数相减必然会使有效数字损失。

（6） 计算机上将 1000 个数量级不同的数相加，不管次序如何结果都是一样的。

7.什么是拉格朗日插值基函数？它们是如何构造的？有何重要性质？

8.写出n+1个点的拉格朗日插值多项式与牛顿均差插值多项式，它们有何异同？

9.用上题给出的三种不同基底构造插值多项式的方法确定基函数的系数，试按工作量由低到高给出排序。

10.为什么高次多项式插值不能令人满意？分段低次插值与单个高次多项式插值相比有何优点？

11.三次样条插值与三次分段埃尔米特插值有何区别？哪一个更优越？请说明理由。

12.确定n+1个节点的三次样条插值函数需要多少个参数？为确定这些参数，需加上什么条件？

13.那种类型函数用三角插值比用多项式插值或分段多项式插值更合适？

14.什么是函数的n阶均差？它有何重要性质？

15.什么是切比雪夫多项式？它有什么重要性质？

16.用切比雪夫多项式零点做插值点得到的插值多项式与拉格朗日插值有何不同？

17.何谓向量范数？给出三种常用的向量范数。

18.什么是矩阵的条件数？如何判断线性方程组是病态的？

19.满足下列哪个条件可判断矩阵接近奇异？

（1）矩阵行列式的值很小

（2）矩阵的范数小

（3）矩阵的范数大

（4）矩阵的条件数小

（5）矩阵的元素绝对值大

20.给出计算积分的梯形公式及中矩形公式。说明他们的几何意义。

21.什么是求积公式的代数精确度？梯形公式和中矩形公式的代数精确度是多少？

22.对给定求积公式的节点，给出两种计算求积系数的方法

23.什么是牛顿—柯特斯求积公式？它的求积节点如何分布？它的代数精度是多少？

24.什么是辛普森求积公式？它的余项是什么？它的代数精度是多少？

25.什么是复合求积法？给出复合梯形公式及其余项表达式。

26.给出复合辛普森公式及其余项表达式，如何估计他们的截断误差？

27.什么是龙贝格求积？他有什么优点？

28.什么是高斯型求积公式？它的求积节点是如何确定的？它的代数精度是多少？为何称它是具有最高代数精度的求积公式？

29.牛顿—科斯特求积和高斯求积的节点分布有什么不同？对同样数目的节点，两种求积方法哪个更精确？为什么？

30.描述自适应求积的一般步骤。怎样得到所需的误差估计？

31.怎样利用标准的一维求积公式计算矩形域上的二重积分？

32.调用MATLAB中的dblquad函数计算二重积分

33.拓展积分区域为矩形区域的dblquad函数计算二重积分

34.对给定函数，给出两种近似的求导的方法，若给定函数有扰动，在你的方法中怎样处理这个问题？

35.用高斯消去法为什么要选主元？那些方程组可以不选主元？

36.高斯消去法于LU分解法有什么关系？用他们解线性方程组Ax=b有何不同？A要满足什么条件？

37.楚列斯基分解与LU分解相比，有什么优点？

38.哪种线性方程组可用平方根法求解？为什么说平方根法计算稳定？

39.什么样的线性方程组可用追赶法求解并能保证计算稳定？

40.判断下列命题是否正确：

（1）只要矩阵A非奇异，则用顺序消去法或直接LU分解可求得线性方程组Ax=b的解。

（2）对称正定的线性方程组总是良态的。

（3）一个单位下三角矩阵的逆仍为单位下三角矩阵。

（4）如果A非奇异，则Ax=b的解的个数是由右端向量b决定的。

（5）如果三对角矩阵的主对角元素上有零元素，则矩阵必奇异。

(6)范数为零的矩阵一定是零矩阵。

(7)奇异矩阵的范数一定是零。

(8)如果矩阵对称，则||A||1=||A||∞.

(9)如果线性方程组是良态的，则高斯消去可以不选主元。

(10)在求解非奇异性线性方程组时，即使系数矩阵病态，则用列主元消去法产生的误差也很小。

(11)||A||1=||AT||∞。

(12)若A是n*n的非奇异矩阵，则cond（A）=cond（A-1）。

41.写出求解线性方程组Ax=b的迭代法的一般形式，并给出它收敛的充分必要条件.

42.给出迭代法x(k+1) =Bx(k) + f 收敛的充分条件，误差估计及其收敛速度

43.举例说明什么是松弛技术。

44.判断下列命题的正确性：

（1） 解对数据的微小变化高度敏感是病态的。

（2） 高精度运算可以改善问题的病态性。

（3） 无论问题是否病态，只要算法稳定都能得到好的近似值。

（4） 用一个稳定的算法计算良态问题一定会得到好的近似值。

（5） 用一个收敛的迭代法计算良态问题一定会得到好的近似值。

（6） 两个相近数相减必然会使有效数字损失。

（7） 计算机上将 1000 个数量级不同的数相加，不管次序如何结果都是一样的。

45.什么是矩阵A的分裂？由A的分裂构造解Ax=b的迭代法，给出雅克比迭代矩阵与高斯—赛德尔迭代矩阵。

46.写出解线性方程组Ax=b的雅克比迭代法与高斯---赛德尔迭代法的计算公式，他们的基本区别是什么？

47.何谓矩阵A严格对角占优？何谓A不可约？

48.将雅克比迭代，高斯—赛德尔迭代和具有最优松弛参数的SOR迭代，按收敛快慢排列

49.什么是解对称正定方程组Ax=b的最速下降法和共轭梯度法？

50.为什么共轭梯度法原则上是一种直接法，但在实际计算中又将他作为迭代法？

51.什么是方程的有根区间？它与求根有何关系？

52.什么是迭代法的收敛阶？

53.如何衡量迭代法收敛的快慢？

54.什么是弦截法？试从收敛阶及每步迭代计算量与牛顿法比较其差别。

55.什么是解方程的抛物线法，再求多项式全部零点中是否优于牛顿法？

56.什么是方程的重根？重根对牛顿法收敛阶有何影响？试给出具有二阶收敛的计算重根方法。

57.什么是求解n维非线性方程组的牛顿法？它每步迭代要调用多少次标量函数(计算偏导数与计算函数值相当)。

58.格什戈林圆盘与特征值的关系。

59.什么是求解特征值问题的条件数？它与求解线性方程组的条件数是否相同？两者间的区别是什么？实对称矩阵的特征值问题总是良态吗？

60.什么是幂法？它收敛到矩阵A的哪个特征向量？若A的主特征值为单的，用幂法计算的收敛速度由什么量决定？怎样改进幂法的收敛速度？

61.反幂法收敛到矩阵A的哪个特征向量？在幂法或反幂法中，为什么每步都要将迭代向量规范化？

62.用一次QR分解可将一般矩阵约化成三角形式，而三角矩阵的特征值恰为其对角元素，能否通过这一过程得到原始矩阵的特征值？为什么？

63.为什么使用QR迭代计算矩阵特征值时要先将它化为上海森伯格矩阵或三角矩阵？为什么不能约化到三角矩阵？

64.求矩阵A特征值的QR迭代时，具体收敛到哪种矩阵是由A的哪种性质决定的？

65.常微分方程初值问题右端函数f满足什么条件时解存在唯一？什么是好条件的方程？

66.什么是欧拉法和后退欧拉法？它们是怎样导出的？并给出局部截断误差。

67.何谓单步法的局部截断误差？何谓数值方法是p阶精度？

68.给出梯形法和改进欧拉法的计算公式，它们是几阶精度的？

69.显示方法与隐式方法的根本区别是什么？如何求解隐式方程，应如何给出迭代初始值？

70.什么是S级的龙格-库塔法，它是S阶方法吗？写出经典的四阶龙格-库塔法。

71.如何导出线性多步法的公式？它与单步法有何区别？

72.利用数值积分方法构造线性多步方法

73.什么是阿当姆斯的显式和隐式公式？它们为什么能用等阶的积分方程导出？

74.用多步法求数值解为什么要用预测-校正方法？

75.什么是多步法的收敛性和相容性？试给出多步法的相容条件。

76.什么是多步法的特征多项式？

77..什么是根条件？

78.根条件在线性多步法的收敛性和稳定性中有何作用？

79.什么是刚性方程组？为什么刚性微分方程数值求解非常困难？什么数值方法适合求解刚性方程？