数学实验作业:
实验1:利用数学软件做一道微积分习题(要求复杂一些的习题)。
> syms x;
> int('sqrt(1-x^2)+x^2+1',x,0,1)
ans =实验2:利用数学软件画出一个图形(要求复杂一些)。
> x=-10:0.2:10;
> y=-10:0.2:10;
> [x,y]=meshgrid(x,y);
> z=x.^3+y.^3;
> surf(x,y,z)
实验3:选择一个实际例子,求出微分方程数值解或者线性规划最优解等。
求微分方程在区间【0,1】上步长h=0.1的数值解。
m文件:function z=disanti()
x1=input('请输入求解区间的做端点x1=')
y1=input('请输入微分方程数值解的初始条件y1=')
xn=input('请输入求解区间右端点xn=')
h=input('请输入求解步长h=')
n=0;x=x1;
y=y1;while x<=xn-h
k1=f(x,y);
k2=f(x+h/2,y+h*k1/2);
k3=f(x+h/2,y+h*k2/2);
k4=f(x+h,y+h*k3);
x=x+h;
y=y+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;
n=n+1;
fprintf('第%2d步的计算结果为x=%10.8f,y=%10.8f',n,x,y)
end运行界面。
> disanti()
请输入求解区间的做端点x1=0
请输入微分方程数值解的初始条件y1=1
请输入求解区间右端点xn=1xn =
请输入求解步长h=0.1h =
第 1步的计算结果为x=0.10000000,y=1.09544553
第 2步的计算结果为x=0.20000000,y=1.18321675
第 3步的计算结果为x=0.30000000,y=1.26491223
第 4步的计算结果为x=0.40000000,y=1.34164235
第 5步的计算结果为x=0.50000000,y=1.41421558
第 6步的计算结果为x=0.60000000,y=1.48324222
第 7步的计算结果为x=0.70000000,y=1.54919645
第 8步的计算结果为x=0.80000000,y=1.61245535
第 9步的计算结果为x=0.90000000,y=1.67332466
第10步的计算结果为x=1.00000000,y=1.73205637
实验4:寻找一种方法计算π,请尽量不使用教材《数学实验》中“实验二怎样计算π”中所使用过的方法,参见教材第14页---19页。
m文件如下。
function y=calpi2(k)
for n=1:k
a(n)=(1).^n-1)*(1/2).^2*n-1)./2*n-1)+(1).^n-1)*(1/3).^2*n-1)./2*n-1);
end;vpa(4*sum(a))
操作过程:> digits(30)
> calpi2(10)ans =
>> calpi2(20)ans =
> calpi2(50)ans =
实验5:本实验是教材《数学实验》中“实验九迭代(一)--方程求解”的练习5,参见教材第85页,原题如下:
1)牛顿迭代。
m文件如下。
function x=cube_newton(a)
f=@(x)x^3-a;
df=diff(sym('x^3-a'))
if a==0;
x1=a;else
x0=a;x1=x0-f(x0)/subs(df,x0);
while abs(x1-x0)>1e-6
x0=x1;
x1=x0-f(x0)/subs(df,x0);
endend
x=x1;操作界面。
> vpa(cube_newton(2),10)ans =
2)迭代格式为:
k=0;xk=1;
for i=1:1000
xk=2/xk*xk;
i=i+1;endxk
对于的matlab程序为:xk =
经运行,该算法不收敛。
改进迭代格式:
> y=2;
> for i=1:5
y=y-(y^3-2)/(3*y^2);
end > y=vpa(y,10) y =
2种方法的精确度相同。
实验6:本实验是教材《数学实验》中“实验五素数”的练习12,参见教材第43页,原题如下:
1)判断n^2+n=41,n从1取到100,有86个结果符合素数,因此给出的式子算出来的不全是素数。
x=0;n=0;
for i=1:100
x=i^2+i+41;
k=x/2;
for j=2:k
if mod(x,j)==0
t=0;break;
elset=1;
endend
if t==1
n=n+1;
endend
n2)n从1取到100,共有87个素数,当n取100是,原式值为10141,当n取99时9941,我们可以得到,在10000以内,该式子得出来86个素数。
3)n^2-79n+1601
m文件如下。
x=0;n=0;
for i=0:100
x=i^2-79*i+1601;
k=x/2;
for j=2:k
if mod(x,j)==0
t=0;break;
elset=1;
endend
if t==1
n=n+1;
endend
n结果:>>sushujisuann =
4)m文件如下。
x=0;n=0;
for i=0:100
x=(6*i)^2+6*i+31;
k=x/2;
for j=2:k
if mod(x,j)==0
t=0;break;
elset=1;
endend
if t==1
n=n+1;
endend
n运行结果 >>sushujisuann =
实验7:本实验是教材《数学实验》中“实验六概率”的练习6,参见教材第56-57页,原题如下:
实验8:本实验是教材《数学实验》中“实验三最佳分数近似值”的练习6,参见教材第28页,原题如下:
原式等于7654321y=1234567x-1,实验9:本实验是教材《数学实验》中“实验十三迭代(三)--混沌”的练习7,参见教材第139页,原题如下:
实验10:广义高斯分布是高斯分布(即正态分布)的推广,广义高斯分布的定义如下:若随机变量x的概率密度函数(pdf)为。
其中。1) 画出(*)式中时,当时,函数的图像,并将这6个曲线画到一个图形中。
2) 可以证明,广义高斯分布的累积概率密度函数(cdf)为。
其中gamma(z)是gamma函数,gamma(z1,z2)是不完全gamma函数,其定义可在mathematica中使用【?gamma】得到详细信息, 或者参考相关数学参考书。试编程计算广义高斯分布的累积概率密度函数(cdf)。
3) 下面是一个熟知的概率统计公式:若y=g(x)是单调函数,且考虑dx/dy>0情形,其中随机变量x 在[0,1]内服从均匀分布,此时,有。
若随机变量y的概率密度函数(pdf)fy(y)也是已知的函数,则通过上面的变换公式,有如下的从均匀分布生成任意分布的随机数生成算法:
若随机变量y的累积概率分布函数cdf(即概率密度函数的积分)为x=f(y),则0<=f(y)<=1是非减函数,f(y)的反函数y=f-1(x)定义域为[0,1]。若我们设x为[0,1]区间均匀分布的随机变量,令y=f-1(x),y的累积概率分布函数就是我们指定的f(.)为了得到累积概率分布函数为f(.
)的随机变量y,我们需要经过如下步骤:
1. 生成[0,1]区间的均匀分布的随机变量x,
2. 令y=f-1(x)。
这种方法被成为逆变换方法。
试在计算机上,利用上面的理论,用某种近似方法,达到下面的目地:
1. 产生1000个区间[0,1]上的随机数。
2. 根据这1000个随机数,计算当时,生成1000个。
符合广义高斯分布的随机数。
3. 画出这1000个符合广义高斯分布的随机数的图像。
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