Fizyka laboratorium 1



Podobne dokumenty
Wyk lad 7 Metoda eliminacji Gaussa. Wzory Cramera

1 Szeregi potęgowe. 1.1 Promień zbieżności szeregu potęgowego. Wydział Informatyki, KONWERSATORIUM Z MATEMATYKI, 2008/2009.

Laboratorium 1 Temat: Przygotowanie środowiska programistycznego. Poznanie edytora. Kompilacja i uruchomienie prostych programów przykładowych.

Ekonomia matematyczna i dynamiczna optymalizacja

ci agi i szeregi funkcji Javier de Lucas Ćwiczenie 1. Zbadać zbieżność (punktow a i jednostajn a) ci agu funkcji nx 2 + x

Wstęp do Programowania, laboratorium 02

Analiza dla informatyków 2 DANI LI2 Pawe l Domański szkicowe notatki do wyk ladu

1. Pochodna funkcji. Twierdzenie Rolle a i twierdzenie Lagrange a.

1 Funkcja wykładnicza i logarytm

1 Funkcja wykładnicza i logarytm

WYDZIAŁ INFORMATYKI I ZARZĄDZANIA, studia niestacjonarne ANALIZA MATEMATYCZNA1, lista zadań 1

Lab 10. Funkcje w argumentach funkcji metoda Newtona. Synonimy nazw typów danych. Struktury. Tablice struktur.

Techniki programowania INP001002Wl rok akademicki 2017/18 semestr letni. Wykład 7. Karol Tarnowski A-1 p.

Indeks odwzorowania zmiennej zespolonej wzgl. krzywej zamknietej

Wyk lad 4 Macierz odwrotna i twierdzenie Cramera

Szeregi funkcyjne. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

Opracowanie: mgr Jerzy Pietraszko

Wykład 11. Informatyka Stosowana. Magdalena Alama-Bućko. 18 grudnia Magdalena Alama-Bućko Wykład grudnia / 22

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Pochodne funkcji, przebieg zmienności funkcji

Met Me ody numer yczne Wykład ykład Dr inż. Mic hał ha Łanc Łan zon Instyt Ins ut Elektr Elektr echn iki echn i Elektrot Elektr echn olo echn

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

Proste algorytmy w języku C

Wstęp do programowania

Wykład VII. Programowanie. dr inż. Janusz Słupik. Gliwice, Wydział Matematyki Stosowanej Politechniki Śląskiej. c Copyright 2014 Janusz Słupik

Instrukcje pętli przykłady. Odgadywanie hasła. 1) Program pyta o hasło i podaje adres, gdy hasło poprawne lub komunikat o błędnym haśle.

y f x 0 f x 0 x x 0 x 0 lim 0 h f x 0 lim x x0 - o ile ta granica właściwa istnieje. f x x2 Definicja pochodnych jednostronnych

Proste algorytmy w języku C

Podstawy języka C++ Maciej Trzebiński. Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk. Praktyki studenckie na LHC IVedycja,2016r.

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 9

Wyk lad 14 Formy kwadratowe I

Szereg Taylora Javier de Lucas. f k) (x 0 ) (x x 0 ) k + R n (x, x 0 ), k! (x x 0 ) k k!

Rachunek zdań - semantyka. Wartościowanie. ezyków formalnych. Semantyka j. Logika obliczeniowa. Joanna Józefowska. Poznań, rok akademicki 2009/2010

Functionalization. Jeszcze o funkcjach i strukturze projektu. Marcin Makowski. 3 grudnia Zak lad Chemii Teoretycznej UJ

Zadania o liczbach zespolonych

Wyk lad 4 Dzia lania na macierzach. Określenie wyznacznika

Wzór Maclaurina. Jeśli we wzorze Taylora przyjmiemy x 0 = 0 oraz h = x, to otrzymujemy tzw. wzór Maclaurina: f (x) = x k + f (n) (θx) x n.

I. Pochodna i różniczka funkcji jednej zmiennej. 1. Definicja pochodnej funkcji i jej interpretacja fizyczna. Istnienie pochodnej funkcji.

2. ZASTOSOWANIA POCHODNYCH. (a) f(x) = ln 3 x ln x, (b) f(x) = e2x x 2 2.

Wykład I. Programowanie. dr inż. Janusz Słupik. Gliwice, Wydział Matematyki Stosowanej Politechniki Śląskiej. c Copyright 2014 Janusz Słupik

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Programowanie procesorów graficznych NVIDIA (rdzenie CUDA) Wykład nr 1

Wyk lad 9 Podpierścienie, elementy odwracalne, dzielniki zera

Analiza Matematyczna MAEW101 MAP1067

KLASA UCZEN Uczen imię, nazwisko, średnia konstruktor konstruktor Ustaw Wyswietl Lepszy Promowany

Wyk lad 3 Wielomiany i u lamki proste

Pochodne funkcji wraz z zastosowaniami - teoria

Laboratorium 1b Operacje na macierzach oraz obliczenia symboliczne

Programowanie II. Lista 3. Modyfikatory dostępu plik TKLientBanku.h

c n (z z 0 ) n (2) Powiemy, że szereg Laurenta (2) jest zbieżny, jeśli każdy z szeregów zdefiniowanych w (1) jest f(z). Sume

Wyk lad 3 Wyznaczniki

Podstawy języka C++ Maciej Trzebiński. Praktyki studenckie na LHC IFJ PAN. Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk. M. Trzebiński C++ 1/16

Programowanie Obiektowo Zorientowane w języku c++ Przestrzenie nazw

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

3 Przygotował: mgr inż. Maciej Lasota

Programowanie mikrokontrolerów AVR

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki nieoznaczone

Pochodne. Zbigniew Koza. Wydział Fizyki i Astronomii

Analiza numeryczna Kurs INP002009W. Wykład 8 Interpolacja wielomianowa. Karol Tarnowski A-1 p.223

Pochodna funkcji jednej zmiennej

C++ - dziedziczenie. C++ - dziedziczenie. C++ - dziedziczenie. C++ - dziedziczenie. C++ - dziedziczenie C++ - DZIEDZICZENIE.

Informacje wstępne #include <nazwa> - derektywa procesora umożliwiająca włączenie do programu pliku o podanej nazwie. Typy danych: char, signed char

Test numer xxx EGZAMIN PISEMNY Z MATEMATYKI DLA KANDYDATÓW NA KIERUNEK MATEMATYKA 5 LIPCA 2001 ROKU. Czas trwania egzaminu: 180 min.

Materiały do ćwiczeń z matematyki. 3 Rachunek różniczkowy funkcji rzeczywistych jednej zmiennej

ZASTOSOWANIA POCHODNEJ FUNKCJI

Podczas dziedziczenia obiekt klasy pochodnej może być wskazywany przez wskaźnik typu klasy bazowej.

Składnia C++ Programowanie Obiektowe Mateusz Cicheński

Egzamin z Metod Numerycznych ZSI, Grupa: A

Paradygmaty programowania

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

Utworzenie pliku. Dowiesz się:

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

WYK LAD 5: GEOMETRIA ANALITYCZNA W R 3, PROSTA I P LASZCZYZNA W PRZESTRZENI R 3

Język ludzki kod maszynowy

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje w roku akademickim 2012/2013. Przedmioty kierunkowe

Podstawy analizy matematycznej II

1. Wartość, jaką odczytuje się z obszaru przydzielonego obiektowi to: a) I - wartość b) definicja obiektu c) typ oboektu d) p - wartość

Blok V: Ciągi. Różniczkowanie i całkowanie. c) c n = 1 ( 1)n n. d) a n = 1 3, a n+1 = 3 n a n. e) a 1 = 1, a n+1 = a n + ( 1) n

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

Elementy logiki. Zdania proste i złożone

Jak napisać program obliczający pola powierzchni różnych figur płaskich?

Instytut Fizyki Politechniki Łódzkiej Laboratorium Metod Analizy Danych Doświadczalnych Ćwiczenie 3 Generator liczb losowych o rozkładzie Rayleigha.

Programowanie I C / C++ laboratorium 01 Organizacja zajęć

Wzory Viete a i ich zastosowanie do uk ladów równań wielomianów symetrycznych dwóch i trzech zmiennych

III. Funkcje rzeczywiste

KURS SZEREGI. Lekcja 10 Szeregi Fouriera ZADANIE DOMOWE. Strona 1

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2012/2013

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 4. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu

5. Obliczanie pochodnych funkcji jednej zmiennej

PARADYGMATY PROGRAMOWANIA Wykład 4

Techniki programowania INP001002Wl rok akademicki 2018/19 semestr letni. Wykład 8. Karol Tarnowski A-1 p.

Lista 1 - Funkcje elementarne

Wyk lad 12. (ii) najstarszy wspó lczynnik wielomianu f jest elementem odwracalnym w P. Dowód. Niech st(f) = n i niech a bedzie

Politechnika Gdańska Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych

Wykład 9: Polimorfizm i klasy wirtualne

Zestaw nr 6 Pochodna funkcji jednej zmiennej. Styczna do krzywej. Elastyczność funkcji. Regu la de l Hospitala

Podstawy programowania. Wykład Funkcje. Krzysztof Banaś Podstawy programowania 1

Funkcje matematyczne w C. Programowanie w C Marek Pudełko

Transkrypt:

Rozdzia l Fizyka laboratorium.. Elementy analizy matematycznej Funkcje Zmienna y nazywa sie zmienna zależna albo funkcja zmiennej x, jeżeli przyjmuje ona określone wartości dla każdej wartości zmiennej x, w pewnym przedziale zmienności. Zmienna x nazywana jest zmienna niezależna albo argumentem funkcji y. Zwiazek miedzy zmienna zależna y a zmienna niezależna x zapisujemy symbolicznie w postaci: Pochodna funkcji y = fx) Niech dwóm wartościom x i x 2 zmiennej niezależnej odpowiadaja dwie wartości funkcji y oraz y 2. Oznaczmy: x = x 2 x y = y 2 y Przez pochodna funkcji y w punkcie x bedziemy rozumieli granice, do której daży stosunek y x, gdy x d aży do zera, co zapiszemy symbolicznie Szereg Maclaurina ẏ = dy dx = lim y x 0 x Nieskończony szereg pot egowy o n-tym wyrazie równym: a n = f n) 0) x n.)

.. Elementy analizy matematycznej gdzie f n) 0) wartość n-tej pochodnej pewnej funkcji fx) dla x = 0. Można wykazać, że jeśli funkcja fx) jest różniczkowalna nieskończenie wiele razy w pewnym otoczeniu x = 0 oraz: lim n gdzie c zawarte jest pomi edzy 0 a x, to: f n) c) x n = 0 fx) = f0) + a n.2) Twierdzenie. Jeżeli istnieje n-ta pochodna funkcji fx) w otoczeniu x = 0, istnieje dok ladnie jeden wielomian V x), stopnia n lub niższego spe lniajacy warunek: V 0) = f0), V 0) = f 0), V 0) = f 0),..., V n) 0) = f n) 0) n= Dowód. Niech V x) = a + bx + cx 2 +... + lx n Wtedy: V x) = b + 2cx +... + nlx n V x) = 2c + 6dx +... + nn )lx n 2... V n) = l Wtedy: V 0) = a V 0) = b V 0) = 2c... V n) 0) = l Wymagamy aby spe lniony by l warunek Czyli: V 0) = f0), V 0) = f 0), V 0) = f 0),..., V n) 0) = f n) 0) a = f0) b = f 0) 2c = f 0)... l = f n) 0) Jedyny wielomian stopnia n lub niższego spe lniajacy te warunki ma postać: f0) + xf 0)! + x2 f 0) 2! + x3f 0) +... + xn f n) 0) 3! 2

.2. Zadania tablicowe Szereg Maclaurina jest szczególnym przypadkiem szeregu Taylora: f n) x 0 ) fx) = x x 0 ) n.3) Ponieważ liczymy sume szeregu nieskończonego musimy w pewnym miejscu dokonać obciecia, pope lnimy wiec b l ad obliczeniowy, jeżeli dokonamy sumowania k elementów szeregu b l ad możemy oszacować w nastepuj acy sposób: k ) f n) x 0 fx) = x x 0 ) n + f k+) ε) k + )! x x 0) k+.4) prawa cześć wzoru.4) nazywamy reszta Lagrange a i oznaczamy R n R n = f k+) ε) k + )! x x 0) k+ Przybliżona wartość funkcji można znaleźć liczac kilka k pierwszych wartości. B l ad jest wtedy nie wiekszy niż: ) max x x 0 ) f k+) x 0 )ε x 0 ) k+ ε [x 0,x] k + )!.5).2. Zadania tablicowe. policz sinx) korzystajac z rozwiniecia 2. policz cosx) korzystajac z rozwiniecia 3. policz e x korzystajac z rozwiniecia 4. policz 0 korzystajac z rozwiniecia fx) sinx) cosx) f x) cosx) sinx).2.. Zadanie sinx) sinx) = sin0) + x cos0) x2 sin0) x3 cos0) + x4 sin0) + x5 cos0)... 2! 3! 4! 5! czyli po uproszczeniu korzystamy z faktu sin0) = 0 oraz cos0) = ): sinx) x x3 6 + x5 20 x7.6) 5040 B l ad tego przybliżenia uznajac, że 8-ma pochodna wynosi 0 możemy oszacować: max ε [0,π] π 0) ε 9 cosε) 9! ) = π π9 9! = π0 362880 0.2580 Oczywiście uwzgledniaj ac wieksz a liczbe pochodnych otrzymamy dok ladniejsze przybliżenie. 3

.2. Zadania tablicowe.2.2. Zadanie 2 cosx) cosx) = cos0) x sin0) x2 cos0) + x3 sin0) + x4 cos0) x5 sin0) x6 cos0) +... 2! 3! 4! 5! 6!.7) czyli po uproszczeniu korzystamy z faktu sin0) = 0 oraz cos0) = ): cosx) x2 2! + x4 4! x6 6! + x8 8!.8) B l ad tego przybliżenia uznajac, że 9-ma pochodna wynosi 0 możemy oszacować: ) max π 0) ε 0 cosε) ε [0,π] 0! = π π0 0! = π 3628800 0.080 Oczywiście uwzgledniaj ac wieksz a liczbe pochodnych otrzymamy dok ladniejsze przybliżenie..2.3. Zadanie 3 e x czyli e x = + e 0 x + e0 x 2 2! + e0 x 3 3! e x + x + x2 2! + x3 3! + x4 4! + x5 5! +....9).0).2.4. Zadanie 4. 0 Pare faktów: x n ) = nx n.) ) x = 2 x.2) Wzór.2) możemy otrzymać w nastepuj acy sposób: x = x 2.3) czyli: x ) 2 = 2 x 2 = 2 x 2 = 2 x.4) Znana jest wartość 9 = 3 Możemy wi ec skorzystać z rozwini ecia w szereg i zapisać: f n) 9)0 9) n 0 = = f n) 9) k f n) 9) 4

.3. Zadania programistyczne czyli liczac kolejne pochodne pierwiastka: ) ) x = 2 = x 2 x Czyli rozwini ecie możemy zapisać: x ) = 2 x ) 2 ) x = 4 x 3 = 4 x 2 = 4 x 3 2 = 4 x) 3 ) = 3 8 x 5 0 9 +! 2 9 2! 4 9) 3 + 3 3! 8 9) 5 = 3 + 6 26 + 3 3988 3.6229 b l ad jest nie wiekszy niż: ) max 0 9) 5 ε [9,0] 4! 6 9) 7.3. Zadania programistyczne = 5 839808 0.0000786. Napisać program liczacy funkcje sinx), cosx), e x z parametrem określajacym d lugość rozwiniecia szeregu. 2. Porównać wyniki otrzymane z obliczenia funkcji poprzez rozwiniecie w szereg z wynikami funkcji z biblioteki matematycznej c++ 3. Zapisać dane z poprzedniego punktu do pliku i sporzadzić wykresy funkcji oraz oszacowania b l edu..4. Środowisko programistyczne Programy w trakcie ćwiczeń pisane bed a w jezyku C++ z wykorzystaniem dostarczonych przez prowadzacych szkieletów, szkieletów realizujacych podstawowe zadania zwiazane z graficzna prezentacja danych. Zadaniem studenta bedzie dobranie odpowiednich równań zgodnie z prezentowanym zagadnieniem, rozwiazanie tych równań stosujac metody numeryczne, oraz uzupe lnienie dostarczonego kodu odpowiednimi instrukcjami. Instrukcjami. Istnieje możliwość wyboru innego jezyka programowania jednak w tym przypadku Student musi napisać ca lość we w lasnym zakresie. Do celów graficznej prezentacji stosowana bedzie biblioteka OpenGL, w zasadzie nie jest wymagana od studentów znajomość tej biblioteki podstawowe zagadnienia zwiazane z OpenGL zostana przedstawione w trakcie zajeć) Studenci PJWSTK maja dostep do kompilatora C++ firmy Microsoft Visual Studio 2005, można również skorzystać z darmowych środowisk programistycznych: MinGW Developer Studio 2.05 Dev-C++ 5

.4. Środowisko programistyczne Dostarczone kody wykorzystuja dodatkowa biblioteke o nazwie GLUT The OpenGL Utility Toolkit. Do poprawnej kompilacji potrzebny jest plik nag lówkowy glut.h, który należy umieścić najlepiej w folderze include/gl wybranego kompilatora, oraz w przypadku kompilatorów opartych na gcc biblioteka glutlib32.a do umieszczenia w folderze lib kompilatora, natomiast w przypadku środowiska Visual Studio biblioteka glut32.lib. Skompilowana wersja dla systemu windows jest do pobrania z nastepuj acego adresu: http://www.xmission.com/ nate/glut/glut-3.7.6-bin.zip W przypadku środowiska windows do poprawnego wykonania programu potrzebna jest biblioteka dynamiczna glut32.dll, która powinna być umieszczona w katalogu widocznym w zmiennej środowiskowej PATH lub bezpośrednio w miejscu gdzie znajduje sie skompilowany plik exe. Biblioteka GLUT jest do pobrania w postaci kodów źród lowych http://www.xmission.com/ nate/glut/glut-3.7.6-src.zip do samodzielnej kompilacji w przypadku innego systemu operacyjnego. Do poprawnej konsolidacji programu niezbedne jest do l aczenie nastepuj acych bibliotek: glut32, opengl32, glu32..4.. Korzystanie z biblioteki Proste środowisko, które umożliwi graficzna prezentacje wyników, animacje zostanie dostarczone w celu usprawnienia pisania kodu. Dla osoby piszacej program ważna jest klasa SceneObject z którj powinny być wyprowadzane wszystkie klasy na podstawie, których budowane bed a obiekty wizualne: class SceneObject{ public: SceneObject); virtual SceneObject) {}; virtual void draw)=0; virtual void drawshadow) shadow=; draw); shadow=0; virtual void dostep) {}; virtual void drawcontrolint id, int w, int h) {} virtual bool getcastsshadowsvoid) const { return false; } protected: int shadow; }; Klasa pochodna musi przedefiniować wirtualna metode draw) oraz dostep). Metoda draw) wywo lywana jest przez środowisko, kiedy zachodzi potrzeba namalowania obiektu, natomiast dostep) kiedy dokonywane sa obliczenia dla kolejnego kroku czasowego. Oczywiście w celu umieszczenia obiektów statycznych, które maja mieć tylko wizualna reprezentacje metoda dostep) może być pusta. Program wykorzystujacy biblioteke wyglada nastepuj aco: 6

.4. Środowisko programistyczne #include "soleng.h" int mainint argc, char *argv[]){ CWorld *world; world = CWorld::getWorldInstanceargc, argv); world->scenemanager->addsceneobjectnew Pendulum)); world->mainloop); return 0; } Dodatkowa przydana klasa jest DisplayControl realizujac okienko powiazane z obiektem sceny w momencie kiedy zachodzi konieczność namalowania okienka wysy la ono komunikat do swojego w laściciela drawcontrolint id, int w, int h). 7