误差与数值积分
计算机只能近似计算,须控制截断误差与舍入误差。数值积分用梯形公式、辛普森公式逼近 $\int_a^b f,dx$;插值用拉格朗日/样条把离散点连成光滑曲线。
方程求解
线性方程组用高斯消元或迭代法(雅可比、共轭梯度);非线性方程用二分法(稳)与牛顿法(快):
$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}$
微分方程数值解
常微分方程用欧拉法与精度更高的龙格–库塔法 (RK4);偏微分方程用有限差分与有限元 (FEM) 把连续问题离散成大型线性方程组。最小二乘做数据拟合。
例题
例 牛顿法求 $\sqrt2$(解 $x^2-2=0$):$x_{n+1}=\dfrac{x_n}{2}+\dfrac1{x_n}$,从 $1.5$ 迭代两步即得 $1.41421\ldots$,收敛极快(二阶)。
应用
有限元是飞机、桥梁、芯片工程仿真的标准工具;CFD 计算流体、天气预报解大气方程、影视特效与电池设计都靠数值方法。它让无法解析求解的方程“算得出来”。
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