Расчёт величины S и h

5.1. Расчёт величины S и h

 y=sh(x)  - исходная функция

Найдем первую и вторую производную y

y'=ch(x) у''=sh(x)

|f'_max| = 1.128 |f''_max| = 0.521

Зная |f''_max| найдем s и h

S ³ (n + 1 - log₂((m+1)!)/|f^(m+1)_max|)/(m+1) , где n = 8 и m =1

Вычисляя получим s = 4

 

Тогда h = 2^-s = 2^-4 = 0.0625

5.2.Выбор масштабных коэффициентов

 

М_f(x) = = 2⁶ M_Dx =  =  = 2⁶

M_f(xs) =  = 2⁶ M_{f '(x)} =  = 2⁵ M_x==2⁷

6.Масштабирование алгоритма

f(x) = f(x_s) + D x_n-s×f'(x_s),

F(X)/M_f(x) = F(X_s)/M_f(xs) + (D X_n-s/ M_Dx)×F'(X_s)/ M_{f '(x)}

Умножим все выражение на M_f(x)

F(X) = F(X_s)×M_f(x)/M_f(xs) + D X_n-s×F'(X_s) M_f(x)/(M_{f '(x)}×M_Dx)

Подставляя значения полученные выше получим

F(X) = F(X_s) + 2^-5 ×D X_n-s×F'(X_s)

где F(X)=f(x)×M_f(x), F(X_s)=f(x_s)×M_f(xs), D X_n-s= D x_n-s×M_Dx,

F'(X_s)= f'(x_s)×M_{f '(x)}, X = x*M_x - масштабированные значения

7. Граф – схема программы

8.  Листинг и описание подпрограммы функции

 

8.1.Листинг подпрограммы функции

 

function Fx(masFx,masFhx:m;Xm:word;var ad:word):longint;

var

 dx,fx1:word;

begin

ad:=Xm shr 3;

dx:=Xm and $6;

fx1:=dx*masFhx[ad];

fx1:=fx1 shr 5;

Fx:=masFx[ad]+fx1;

end;

8.2. граф – схема алгоритма

 

9. Листинг программы

program kir;

uses crt,dos,graph;

type

m=array[0..8] of word;

const

h=0.0625;

Mh=64;

Mf=64;

Mfh=32;

Mx=128;

function Fx(masFx,masFhx:m;Xm:word;var ad:word):longint;

var

dx,fx1:word;

begin

ad:=Xm shr 3;

dx:=Xm and $6;

fx1:=dx*masFhx[ad];

fx1:=fx1 shr 5;

Fx:=masFx[ad]+fx1;

end;

var

masFx,masFhx:m;

masfxs,masfhxs,x:array[0..8] of real;

i,Xm,ad:word;

work,F,fxn,e,ev,em,fz:real;

gd,gm:integer;

xnext,xprev,y1next,y1prev:integer;

y2next,y2prev,y3next,y3prev:integer;

y4next,y4prev:integer;

begin

clrscr;

for i:=0 to 8 do begin

x[i]:=h*i;

masfxs[i]:= (exp(x[i])-exp(-x[i]))/2;

masfhxs[i]:= (exp(x[i])+exp(-x[i]))/2;

masFx[i]:=trunc(masfxs[i]*Mf);

masFhx[i]:=trunc(masfhxs[i]*Mfh);

end;

work:=0;

repeat

begin

Xm:=trunc(work*Mx);

F:=Fx(masFx,masFhx,Xm,ad);

fxn:=(exp(work)-exp(-work))/2;

e:=fxn-F/Mf;

fz:=masfxs[ad]+(work-x[ad])*masfhxs[ad];

ev:=fz-F/Mf;

em:=e-ev;

write(' ',work:5:4,' ',Xm:2,' ',fxn:4:4,' ',F:4:0,' ');

writeln(e:4:4,' ',ev:4:4,' ',em:4:4);

work:=work+h/4;

end;

until work>0.5;

writeln(' x X f(x) F(x) E Ev Em');

readln;

gd:=detect;

initgraph(gd,gm,'c:\language\bp\bgi');

cleardevice;

floodfill (0,0,white);

setcolor(black);

line(0,0,0,480);

line(0,240,640,240);

work:=0;

xnext:=1;

xprev:=0;

y2next:=240;

y1prev:=240-trunc((exp(work)-exp(-work))*120);y2prev:=240;

y3prev:=240;y4prev:=240;

repeat

begin

work:=work+h/4;

 fxn:= (exp(work)-exp(-work))/2;

y1next:=240-trunc(fxn*240);

setcolor(green);

line(xprev,y1prev,xnext,y1next);

y1prev:=y1next;

Xm:=trunc(work*Mx);

F:=Fx(masFx,masFhx,Xm,ad);

e:=fxn-F/Mf;

y2next:=240-trunc(e*240);

setcolor(cyan);

line(xprev,y2prev,xnext,y2next);

y2prev:=y2next;

fz:=masfxs[ad]+(work-x[ad])*masfhxs[ad];

ev:=fz-F/Mf;

y3next:=240-trunc(ev*240);

setcolor(magenta);

line(xprev,y3prev,xnext,y3next);

y3prev:=y3next;

em:=e-ev;

y4next:=240-trunc(em*240);

setcolor(lightgray);

line(xprev,y4prev,xnext,y4next);

y4prev:=y4next;

xprev:=xnext;

xnext:=xnext+trunc(64*work);

end;

until work=0.5;

setcolor(green);

outtextxy(0,470,'f(x)');

setcolor(cyan);

outtextxy(40,470,'E');

setcolor(magenta);

outtextxy(60,470,'Ev');

setcolor(lightgray);

outtextxy(90,470,'Em');

readln;

end.

9.  Результаты работы программы

 

0.1563 20 0.1569 12 -0.0306 -0.0307 0.0001

0.1719 22 0.1727 14 -0.0460 -0.0462 0.0002

0.1875 24 0.1886 12 0.0011  0.0011  0.0000

0.2031 26 0.2045 14 -0.0142 -0.0142 0.0000

0.2188 28 0.2205 16 -0.0295 -0.0296 0.0001

0.2344 30 0.2365 18 -0.0447 -0.0449 0.0002

0.2500 32 0.2526 16 0.0026  0.0026  0.0000

0.2656 34 0.2688 18 -0.0125 -0.0125 0.0000

0.2813 36 0.2850 20 -0.0275 -0.0277 0.0001

0.2969 38 0.3013 22 -0.0425 -0.0428 0.0003

0.3125 40 0.3176 20 0.0051  0.0051  0.0000

0.3281 42 0.3340 22 -0.0097 -0.0097 0.0000

0.3438 44 0.3506 24 -0.0244 -0.0246 0.0002

0.3594 46 0.3672 26 -0.0391 -0.0395 0.0004

0.3750 48 0.3839 24 0.0089  0.0089  0.0000

0.3906 50 0.4006 26 -0.0056 -0.0057 0.0000

0.4063 52 0.4175 28 -0.0200 -0.0202 0.0002

0.4219 54 0.4345 30 -0.0342 -0.0347 0.0004

0.4375 56 0.4516 28 0.0141  0.0141  0.0000

0.4531 58 0.4688 30 0.0000 -0.0000 0.0001

0.4688 60 0.4861 32 -0.0139 -0.0141 0.0002

0.4844 62 0.5035 34 -0.0277 -0.0282 0.0005

0.5000 64 0.5211 33 0.0055  0.0055  0.0000

x X f(x) F(x) E Ev Em

11. Заключение

В процессе выполнения курсовой работы, используя литературу и методические указания, мы выполнили проектирование алгоритма вычисления элементарной функции с использованием таблично – алгоритмического метода. Алгоритм ориентируется на целочисленные вычисления в формате байт со знаком в дополнительном коде. Разработали программу для вычисления функции на заданном интервале аппроксимации и экспериментального анализа, полной, методической и вычислительной погрешности. Программа выводит на экран графики функции и всех погрешностей на интервале аппроксимации.

12. Список литературы

1.   Руководство к лабораторной работе №4 “проектирование алгоритмов вычисления элементарных функций” по курсу:

Основы обработки данных и моделирования

2. Конспект лекций