Численные методы расчетов в Exel (49436)

Посмотреть архив целиком

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования


Северо-Западный государственный заочный

технический университет


Институт управления производственными и

инновационными программами


Кафедра информатики


Контрольная работа по дисциплине

«Математика. Часть 2.»


Тема: “ Численные методы и расчеты в EXCEL.”

Задача 1. Интерполяция функции с равноотстоящими узлами.

Анализ и прогнозирование в EXCEL.

Задача 2. Решение систем уравнений в EXCEL.

Задача 3. Комплексные числа.


Выполнила студентка: Шестакова Мария Дмитриевна

ИУПиИП

Курс: II

Специальность: 80502.65

Шифр: 578030493

Преподаватель: Ходоровская Валентина Сергеевна

Подпись преподавателя:

Санкт-Петербург

2007

Тема .


Численные методы и расчеты в EXCEL.

Задача 1.

Интерполяция функции с равноотстоящими узлами.

Анализ и прогнозирование в EXCEL.

I. Написать выражение для интерполяционного полинома Ньютона.

II. Составить программу для вычисления значения функции в заданных точках

x1 ; x2 ; x3 ; x4 :

1) при помощи полинома Ньютона для реализации ее в EXCEL ;

2) при помощи функций, осуществляющих прогноз вычислений

(ТЕНДЕНЦИЯ и ПРЕДСКАЗАНИЕ).

Функция задана таблицей с равноотстоящими узлами:


x

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

y

0.860

0.819

0.779

0.741

0.705

0.670

0.638

0.606

0.577

0.549

Значения

x1 = 0.149

x2 = 0.240

x3 = 0.430

x4 = 0.560


Основные понятия.


Цель работы: научиться пользоваться программой EXCEL для получения аналитической зависимости по экспериментальным данным и изучение режимов экстраполяции данных в EXCEL.

Задача интерполяции сводится к требованию точного совпадения в узловых

точках функции и ее приближения, где число определяемых параметров аппроксимирующей зависимости равно числу точек. При выборе данного критерия задача сводится к построению интерполяционных многочленов (полиномов).

По определению интерполяция — это отыскание промежуточных значений величины по некоторым известным ее значениям. Само слово интерполяция происходит от латинского “interpolation”, что в переводе значит изменение, переделка”.

Экстраполяция — это процедура аналогичная интерполяции, но при условии, что x лежит вне интервала (x0 , xn) . Происходит от “экстра…” и латинского “polio”, что значит “приглаживаю, изменяю”.

Аппроксимация — это замена одних математических объектов (например, чисел или

функций) другими, более простыми и в том или ином смысле близкими к исходным(например, кривых линий близкими к ним ломаными). Слово происходит от латинского “approximo”, что значит “приближаюсь”.

Графически задача интерполяции заключается в том, чтобы построить такую интерполирующую функцию, которая бы проходила через все узлы интерполяции. Чаще всего в качестве интерполирующей функции F (x) используются многочлены Pn (x). Задача состоит в том, чтобы подобрать многочлен Pn (x), обеспечивающий требуемую интерполяцию е.

Наиболее успешно для интерполяции используется полином Ньютона, для записи которого в случае интерполяции функции с равноотстоящими узлами используются конечные разности.

Термин “полином” имеет то же значение, что и слово “многочлен” и происходит от “поли…” — часть сложных слов, указывающая на множество, всесторонний охват или разнообразный состав чего-либо (от греческого “polys” – многий, многочисленный, обширный) и латинского “nomen”, т.е. имя.

Конечной разностью первого порядка называется разность:

Дyi = yi + 1 - yi , i = 0,1, .... , n 1

Аналогично определяются конечные разности второго и более высоких порядков.


Интерполяционный полином Ньютона.

Интерполяционный многочлен Ньютона для равноотстоящих узлов записывается в виде:

Pn (x) = y0 + (x-x0) · Дy0 /1!h + (x-x0)(x-x1) · ДІy0 /2!hІ+....+ (x-x0)(x-x1)…..(x-xn-1) · Дny0 / n!hn


Решение.

Выполнение задания I.

Напишем выражение для интерполяционного полинома Ньютона для экспериментальных данных, приведенных в вышеуказанной таблице. Конечные разности указаны в “Приложение 2”. Из таблицы видно, что значения x являются равноотстоящими узлами, так как возрастают равномерно с шагом h = 0,05. Степень полинома определяется числом (порядком) конечных разностей ( в данном случае их девять ).

Pn(x) = P9(x)= y0 + (x-x0) Дy0 / 1!h  +  (x-x0) (x-x1) ДІy0 /2!h2+..

..+ (x-x0)(x-x1) (x-x2) (x-x3) (x-x4) (x-x5) (x-x6) (x-x7) (x-x8) (x-x9) Д9y0 / 9!h9 =

0,860 + (x- 0,15) (-0,041) / 1! · 0,05 + (x- 0,15) (x- 0,20) · 0,001 / 2! ·  0,05 2 +

(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) · 0,001 / 3!  · 0,05 3 +(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) (x- 0,30) ·  (-0,001) / 4! ·  0,05 4 +

(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) (x- 0,30)(x- 0,35) ·  0 / 5!  · 0,05 5 +

(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) (x- 0,30)(x- 0.35)(x- 0,40) · 0,004 / 6! · 0,05 6 +

(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) (x- 0,30) (x- 0,35) (x- 0,40) (x- 0,45) ·(-0,016) / 7! 0,05 +

(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) (x- 0,30) (x- 0,35) (x- 0,40) (x- 0,45) ( x- 0,50) · 0,047 / 8!  · 0,05 8 +


(x- 0,15) (x- 0,20) (x- 0,25) (x- 0,30) (x- 0,35) (x- 0,40) (x- 0,45) (x- 0,50) (x- 0,55) · (-0,119) / 9! · 0,05 9.


Выполнение задания II.


1)Составление программы для вычисления значений функции в заданных точках при помощи полинома Ньютона.


Шаг первый:

Подготовка исходных данных электронной таблицы в EXCEL:

а) Введем текстовые и числовые константы (ячейки A1 : N4).

б) Введем номера по порядку в ячейки A5 : A14.

в) Введем исходные данные в ячейки B5 : C14.

Таким образом подготовлена таблица для выполнения работы.

Шаг второй:

Ввод формул:

а) Ввод формул для вычисления конечных разностей первого порядка:

а.1) в ячейку D5 введем формулу для вычисления Дy0 = y1 – y0, которая примет вид: =C6–C5;

a.2) копируем эту формулу в ячейки D6 : D13. В результате в ячейке D6

получаем формулу =C7-C6 (т.е.Дy1 =y2 - y1 = 0,779 – 0,819 = -0,040),в ячейке D7

получаем формулу =C8-C7 (т.е. Дy2 = y3 – y2 = 0,741 – 0,779= -0,038) и т.д. до ячейки D13, где

получаем формулу

=C14-C13 (т.е. Дy8 = y9 – y8 = 0,549 – 0,577= -0,028)

б) Ввод формул для вычисления конечных разностей второго порядка:

б.1) в ячейку E5 копируем формулу из ячейки D5. В ячейке E5 появится формула

=D6-D5 (т.е. ДІy0 = Дy1 - Дy0 = -0,040 - ( -0,041) = 0,001). Копируем эту формулу в ячейки E6 : E12.

В ячейке E12 получаем формулу =D13 - D1 (т.е. ДІy7 = Дy8 - Дy7= - 0,028 - ( -0,029) = 0,001).

в) Ввод формул для вычисления конечных разностей вплоть до девятого порядка:

для вычисления всех конечных разностей необходимо ввести только одну формулу(в ячейке D5), все

остальные будут получены копированием, т.е. из ячейки E5 копируем формулу в ячейку F5, из F5 в G5 и т.д.

Отображение в режиме формул см. в “Приложении 1”.

Отображение в режиме значений см. в “Приложении 2”.

Шаг третий:

Ввод формул:

а) Ввод формул для вычисления промежуточных коэффициентов:

а.1) для вычисления первого промежуточного коэффициента (x-x0/1!h) в ячейку M5 введем формулу

=($N$2 - B5) / (A5 + 1) / $F$2. В ячейке N2 находится текущее значение x. При копировании адрес этой ячейки изменять нельзя, поэтому мы используем абсолютный адрес (значок $). В ячейке F2 находится шаг интерполяции, адрес этой ячейки тоже абсолютный (значок $).

а.2) для вычисления второго промежуточного коэффициента

(x-x0) (x- x1)/2!hІ = (x-x0)/1·h · (x-x1)/ 2·h = a · b,

где a коэффициент в ячейке M5, a = (x-x0)/1h,

b коэффициент, на который нужно умножить M5, b = (x-x1) / 2h,

вводим в M6 формулу: =M5*($N$2 – B6) / (A6 + 1) / $F$2.

а.3) после ввода данных в M5 и M6, для вычисления остальных промежуточных коэффициентов

копируем формулу из M6 в остальные 7 нижестоящие ячейки. Вячейке M7 мы увидим формулу:

=M6*($N$2 – B7) / (A7 + 1) / $F$2 , в ячейке M8 мы увидим формулу: =M7*($N$2 – B8) / (A8 + 1) / $F$2 и

т.д.

Шаг четвертый:

Ввод формул:

а) Ввод формул для вычисления полинома Ньютона:

а.1) для вычисления первого полинома Ньютона, который равен (x-x0) · Дy0 / 1!h = (x-x0) / 1h ·Дy0, содержимое ячейки M5 надо умножить на содержимое ячейки D5, где хранятся конечные разности первого порядка. Вводим в ячейку N5 формулу =M5*D$5. Знак $ перед номером строки необходим, т.к. в полиноме Ньютона находятся только конечные разности с индексом ноль, т.е. все конечные разности берутся только из строки с номером 5;

а.2) для ввода остальных членов полинома Ньютона копируем формулу из N5 в остальные 8 нижестоящих ячеек (включительно по N13). Получаем в N6 формулу =M6*E$5, в N7 формулу =M7*F$5, в N8 формулу =M8*G$5 и т.д. до ячейки N13.


Случайные файлы

Файл
12106-1.rtf
74285.rtf
задача 02.doc
3026.rtf
3634-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.