КурсоваяЧисленные методыГод: 2025РТУ МИРЭА: МИРЭА – Российский технологический университет
👁 17💼 0

Готовая курсовая: Численное интегрирование и СЛАУ

Загружена: 20.02.2026 08:28

Вычисление значений определённого интеграла f(x)=(x-1)(x-4)cos x+(2x-5)sin x в точках 0..5 с точностью 1e-6; сравнение методов интегрирования (Симпсон, Гаусс) и использование полученных значений как правой части для решения трёхдиагональной СЛАУ прогонкой и методом Зейделя. Практическая ценность — готовые программы на Python, таблицы результатов и оценка погрешностей.

Содержание

Введение ................................................................................ [2]
Глава 1 Численное интегрирование заданной подинтегральной функции ....... [3]
1.1 Анализ подынтегральной функции и обзор методов ........................ [3]
1.2 Реализация методов численного интегрирования ........................... [4]
1.3 Сравнительный анализ результатов и выбор оптимального метода .......... [9]
Глава 2 Решение системы линейных алгебраических уравнений ............... [12]
2.1 Обзор методов решения СЛАУ ............................................... [12]
2.2 Решение системы методом прогонки ........................................ [15]
2.3 Решение системы итерационным методом Зейделя ........................... [17]
2.4 Сравнительный анализ полученных результатов ............................ [18]
Глава 3 Оценка числа обусловленности матрицы системы и точности
полученного решения ............................................................... [19]
3.1 Расчет числа обусловленности матрицы .................................... [19]
3.2 Оценка относительной погрешности решения ................................ [19]
Заключение .............................................................................. [21]
Список использованных источников ................................................ [22]

Введение

Вычислить численно с точностью ε = 10-6 значения {y_i }_(i=1)^6 определенного интеграла y(x)  = ∫_0^x▒[(z-1)(z-4)  cos⁡z +(2z - 5)  sin⁡z ]dz в точках {x_i }_1^6  = {0,1,2,3,4,5}. Используя полученные значения yi в качестве компонент вектора правой части y ⃗системы линейных алгебраических уравнений.
найти решение Y ⃗ последней. Оценить в 1-норме относительную ошибку δY ⃗ полученного решения допущенного из-за приближенного вычисления интеграла y(x).
Цель данной курсовой работы состоит в нахождении решения системы линейных алгебраических уравнений с правой частью, заданной сложным образом. 
Достижение цели курсовой работы предполагает необходимость решения следующих задач:
1) Численное интегрирование заданной подинтегральной функции
2) Решение полученной системы линейных алгебраических уравнений
3) Оценка числа обусловленности матрицы системы и точности полученного решения

Заключение

Согласно поставленным задачам получены следующие результаты:
1. Были проанализированы методы численного интегрирования. Оптимальным методом интегрирования с  точностью ε = 10-6 является метод Симпсона с числом разбиений n = 128.

Список литературы

1.  Решение задач линейной алгебры и прикладной математики в Python. Работа с библиотекой SciPy : учебно-методическое пособие / А. Н. Титов, Р. Ф. Тазиева; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 124 с
2.  Численные методы : учеб. пособие / А.В. Зенков.— Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. — 124 с
3.  Методические указания к решению задач по численному интегрированию: Составители: Калашников А.Л., Федоткин А.М., Фокина В.Н. Учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2016. – 31 с.
4. Численные методы решения систем линейных алгебраических уравнений: методические указания / Л.В. Маркова, Е.А. Корчевская — Витебск: УО «ВГУ им. П.М. Машерова», 2011. — 50 с
5.  Учебное пособие по прикладной математике для студентов приборостроительных специальностей. / В.А, Нифагин, Н.Н. Роговцов Минск, 2009.

Подробное описание

📘 О чем эта работа

Курсовая посвящена численному вычислению определённого интеграла функции f(x) = (x-1)(x-4)cos x + (2x-5)sin x на отрезке [0,5] в узловых точках x = 0,1,2,3,4,5 с точностью ε = 10-6. Полученные значения y использованы в качестве компонента вектора правой части СЛАУ с заданной трёхдиагональной матрицей; далее система решается численно и анализируется точность решения.

📚 Что внутри

Работа содержит подробное описание и реализацию методов, результаты вычислений и оценку погрешностей:

  • Анализ подынтегральной функции и построение графика (код на Python с matplotlib).
  • Сравнение методов численного интегрирования: формулы Ньютона—Котса, метод прямоугольников (средние), метод трапеций, метод Симпсона и квадратурные формулы Гаусса; реализация в Python (scipy.integrate, fixed_quad).
  • Выбор оптимального метода: метод Симпсона при n = 128 обеспечивает требуемую точность ε = 10-6; метод Гаусса (n=5) даёт сопоставимые результаты.
  • Таблица вычисленных значений y в точках x = 0..5 (метод Симпсона): 0, 0, -1.818594865, -0.282240046, -0.000000016, -3.835697332.
  • Реализация и применение методов решения СЛАУ: алгоритм прогонки (метод Томаса) для трёхдиагональной матрицы и итерационный метод Зейделя для сравнения; приведён код и результаты.
  • Оценки: число обусловленности матрицы cond(A) ≈ 17.946, верхняя оценка относительной погрешности решения по 1-норме ≤ 3.97·10-6, максимальная наблюдаемая разница решений ≈ 1.2·10-6.
  • Таблицы с результатами интегрирования (сравнение методов) и таблица с результатами решения СЛАУ (прогонка vs. Зейдель).

📊 Для кого подходит

Работа полезна студентам естественно‑математических и инженерных направлений, изучающим численные методы, вычислительную математику и прикладную линейную алгебру; подходит как демонстрационный пример для курсовых, лабораторных и практических заданий.

✨ Особенности

В комплекте — готовые фрагменты кода на Python (используются numpy, scipy, matplotlib), подробные таблицы с результатами при разных разбиениях, выбор оптимального метода интегрирования (Симпсон n=128) и проверка устойчивости решения СЛАУ через число обусловленности. Приведены явные числовые значения RHS и вектор решения, что экономит время при доработке и адаптации под другие задачи.

❓ Частые вопросы

Подойдет ли для моего ВУЗа?
Структура соответствует стандартным требованиям курсовой работы: введение, главы с методикой и расчётами, заключение и список литературы; легко адаптируется под конкретные требования оформления.

Можно ли адаптировать к похожим задачам?
Да — код и алгоритмы универсальны: модифицируйте подынтегральную функцию, узлы или матрицу системы, чтобы получить готовые результаты для других вариантов.