MLoop22

Условие

Вычислите с точностью [latex]\varepsilon[/latex] сумму ряда [latex]\sum_{i=1}^{\infty} \frac {(-1)^i}{i^2}[/latex].

Тестирование

Входные данные Выходные данные
1 1 -1
2 0.25 -0.75
3 0.1 -0.861111
4 0.01 -0.827962
5 0.0000001 -0.822467

Код

Решение

Вычисление суммы ряда с точностью [latex]\varepsilon[/latex] представляет собой процесс нахождения членов ряда и их суммирования до тех пор, пока значение очередного члена по модулю не окажется меньше указанной точности.

Прежде всего найдем зависимость [latex]a_{n+1}[/latex] от [latex]a_n[/latex] и выведем рекуррентную формулу для очередного члена:

[latex]a_{n+1} = a_n \cdot \frac {a_{n+1}}{a_n} = a_n \cdot \frac {\frac {(-1)^{i+1}}{(i+1)^2}}{\frac {(-1)^i}{i^2}} = a_n \cdot -(\frac {i}{i+1})^2[/latex]

Для вычислений мы используем рекуррентное соотношение, поэтому до выполнения цикла, накапливающего сумму, переменным члена ряда a и суммы sum потребуется присвоить значение [latex]a_1 = \frac {(-1)^1}{1^2} = -1[/latex]:

Теперь опишем, каким образом будет работать цикл:

  • Цикл будет начинаться со счетчиком [latex]i = 1[/latex], который будет инкрементироваться в конце каждой итерации.
  • Цикл будет выполняться до тех пор, пока абсолютное значение очередного члена ряда [latex]a_i[/latex] будет не меньше, чем заданная точность [latex]\varepsilon[/latex].
  • В каждой итерации цикла значение суммы будет увеличиваться на [latex]a_i[/latex].

Реализуем описанный алгоритм с помощью цикла for. Чтобы сократить количество операций в теле цикла до одной, вычислять очередной член ряда будем при проверке выполнения условия продолжения. При присвоении переменной a нового значения воспользуемся кастингом (double) ; в противном случае уже второй член ряда будет обнуляться из-за умножения на дробь с целой частью [latex]0[/latex]:

Наконец, выведем требуемое значение — сумму ряда:

Ссылки

Код программы на Ideone.com;

Список задач на циклы.

Ю3.19

Для заданных [latex]a[/latex] и  [latex]p[/latex] вычислить [latex]\sqrt[p]{a}[/latex], используя рекуррентную формулу:

[latex]x_{n+1}=\frac{x_{n}}{p^{2}}[(p^{2}-1)+\frac{1}{2}(p+1)\frac{a}{x_{n}^{p}}-\frac{1}{2}(p-1)\frac{x_{n}^{p}}{a}][/latex];

Сколько итераций надо выполнить, чтобы для заданной погрешности [latex]\varepsilon[/latex] было справедливо соотношение [latex]\mid x_{n+1}-x_{n} \mid [/latex] [latex] \leq[/latex][latex]\varepsilon[/latex]?При каких начальных приближениях [latex]x_{0}[/latex] процесс сходится?

a p xz eps i xn x Комментарий
16 4 1 0.000001 5 4 4
17 2 2 0.01 3 4.12311 4.12311
26 4 12 0.1 Превышено ограничение на время

Код программы:

Код на Java:

 

Вводим с клавиатуры [latex]a[/latex], [latex]p[/latex], [latex]xz[/latex], [latex]eps[/latex], где [latex]xz[/latex]- наше приближение [latex]x_{0}[/latex], а [latex]eps[/latex] заданная погрешность.
С помощью цикла и рекуррентно заданной формулы получаем [latex]xn[/latex].С помощью счетчика [latex]i[/latex] получаем количество итераций.
Если программа вычисляет слишком долго, то мы можем сказать, что процесс не сходится.

Код программы можно посмотреть тут

Код программы можно посмотреть тут

A114з

Задача:

Вычислить [latex]\prod_{i=2}^{10}{\left(1-\frac{1}{i!} \right)^{2}}[/latex].

Тест:

[latex]\prod_{i=2}^{10}{\left(1-\frac{1}{i!} \right)^{2}}=0,1563[/latex]- тест пройден.
Решение:

Для решения это задачи сделаем цикл. в котором будем вычислять произведение и факториал. Факториал будем вычислять применяя рекуррентные соотношения. Затем подставим факториал в формулу и вычислим произведение.

Посмотреть работу программы можно здесь.

Ю3.20

Задача: Для заданных [latex]a[/latex] и [latex]p[/latex] вычислить [latex]x = \sqrt[p]{a}[/latex] по рекуррентному соотношению Ньютона: 

[latex]x_{n+1}=\frac{1}{p}*\left[(p-1)x_{n}+\frac{a}{x_{n}^{p-1}}\right][/latex]  [latex]x_{0} = a[/latex]

Сколько итераций надо выполнить, чтобы для достижения заданной погрешности [latex]\varepsilon[/latex] выполнялось соотношение:

[latex]\left|x_{n+1}-x_{n}\leq\varepsilon\right|[/latex]?

Тесты:

[latex]a[/latex] [latex]p[/latex] Значение корня [latex]x[/latex] Значение корня [latex]x[/latex], подсчитанного с помощью соотношения Количество итераций
57 5  2.24479 2.24479  18
16 2 4 4 5
230 2  15.1658  15.1658 7
9 3  2.08008 2.08008  7

Код на С++: 

Код на Java:

 

 

Решение: Для подсчёта значения корня с помощью рекуррентного соотношения, я создал цикл, в котором организовал подсчёт значения таким образом, что пока разница значения корня x, подсчитанного с помощью функции pow, cо значением текущего корня xn,  подсчитанным с помощью соотношения, больше заданной погрешности eps, то, записывая текущее значение в переменную x_prev, подсчитываю новое значение корня. В зависимости от заданной погрешности, программа считает результат и выводит его на экран вместе с кол-вом итераций.

UPD: По предложению Игоря Евгеньевича добавил быстрое возведение в целую степень.

Решение UPD: Чтобы построить алгоритм быстрого возведения в степень, необходимо рассмотреть две ситуации:

  1. Когда степень чётна;
  2. Когда степень не чётна;

Ситуация 1 : Проведя несложный анализ  можно заметить, что [latex]{a}^{p}[/latex] можно представить в виде

[latex](a^{\frac{p}{2}})^{2}[/latex].

Ситуация 2: В этой ситуации необходимо перейти в степень [latex]p-1[/latex], которая является чётной.

[latex]a^{p}=a^{p-1} * a[/latex]

И в результате получим алгоритм, который работает за [latex]O(\log n)[/latex].

 

Проверить правильность работы программы можно здесь (UPD):  http://ideone.com/VBLGKO