METODY NUMERYCZNE. Wykład 4. Numeryczne rozwiązywanie równań nieliniowych z jedną niewiadomą. dr hab.inż. Katarzyna Zakrzewska, prof.

Podobne dokumenty
Projekt 6 6. ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Równania liniowe. gdzie. Automatyka i Robotyka Algebra -Wykład 8- dr Adam Ćmiel,

METODY KOMPUTEROWE 11

METODY NUMERYCZNE. Wykład 4. Numeryczne rozwiązywanie równań nieliniowych z jedną niewiadomą. prof. dr hab.inż. Katarzyna Zakrzewska

Sformułowanie zagadnienia. c c. Analiza zagadnienia dla przypadku m = 4 i n = 3. B 2. c A. c A

Rozpraszania twardych kul

Wykład 2. Granice, ciągłość, pochodna funkcji i jej interpretacja geometryczna

( ) Elementy rachunku prawdopodobieństwa. f( x) 1 F (x) f(x) - gęstość rozkładu prawdopodobieństwa X f( x) - dystrybuanta rozkładu.

METODY NUMERYCZNE. Wykład 4. Numeryczne rozwiązywanie równań nieliniowych z jedną niewiadomą. Rozwiązywanie równań nieliniowych z jedną niewiadomą

Metoda prądów obwodowych

Metody numeryczne. Wykład nr 7. dr hab. Piotr Fronczak

Analiza matematyczna v.1.6 egzamin mgr inf niestacj 1. x p. , przy założeniu, że istnieją lim

PRÓBNA MATURA Z MATEMATYKI Z OPERONEM LISTOPAD ,0. 3x 6 6 3x 6 6,

ĆWICZENIE ANALIZA SITOWA I PODSTAWY OCENY GRANULOMETRYCZNEJ SUROWCÓW I PRODUKTÓW

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Rozwiązania maj 2017r. Zadania zamknięte

EKONOMIA MENEDŻERSKA. Wykład 2 Analiza popytu. Optymalna polityka cenowa. 1 ANALIZA POPYTU. OPTYMALNA POLITYKA CENOWA.

DOBÓR LINIOWO-ŁAMANEGO ROZDZIAŁU SIŁ HAMUJĄCYCH W SAMOCHODACH DOSTAWCZYCH

Zadania. I. Podzielność liczb całkowitych

Równania i nierówności kwadratowe z jedną niewiadomą

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWEK CIENKICH ZA POMOCĄ ŁAWY OPTYCZNEJ

ZESZYTY NAUKOWE NR 11(83) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Fuzja danych nawigacyjnych w przestrzeni filtru Kalmana

( ) Lista 2 / Granica i ciągłość funkcji ( z przykładowymi rozwiązaniami)

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

TESTOWANIE HIPOTEZY O KOMPLETNOŚCI ZBIORU ARGUMENTÓW

Modelowanie i obliczenia techniczne. Metody numeryczne w modelowaniu: Różniczkowanie i całkowanie numeryczne

PODSTAWY BAZ DANYCH Wykład 3 2. Pojęcie Relacyjnej Bazy Danych

Środek masy i geometryczne momenty bezwładności figur płaskich 1

1 Definicja całki oznaczonej

Wymagania na ocenę dopuszczającą z matematyki klasa II Matematyka - Babiański, Chańko-Nowa Era nr prog. DKOS /02

Wymagania kl. 2. Uczeń:

O pewnych zgadnieniach optymalizacyjnych O pewnych zgadnieniach optymalizacyjnych

Temat lekcji Zakres treści Osiągnięcia ucznia

Wyrównanie sieci niwelacyjnej

Fizyka. Kurs przygotowawczy. na studia inżynierskie. mgr Kamila Haule

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

ZADANIA OTWARTE. Są więc takie same. Trzeba jeszcze pokazać, że wynoszą one 2b, gdyż taka jest długość krawędzi dwudziestościanu.

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE całki pojedyncze

Wykład 6 Całka oznaczona: obliczanie pól obszarów płaskich. Całki niewłaściwe.

EGZAMIN MATURALNY OD ROKU SZKOLNEGO 2014/2015 MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY ROZWIĄZANIA ZADAŃ I SCHEMATY PUNKTOWANIA (A1, A2, A3, A4, A6, A7)

Realizacje zmiennych są niezależne, co sprawia, że ciąg jest ciągiem niezależnych zmiennych losowych,

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Matematyka. Poziom rozszerzony. Listopad Wskazówki do rozwiązania zadania =

Komisja Egzaminacyjna dla Aktuariuszy LII Egzamin dla Aktuariuszy z 15 marca 2010 r. Część I Matematyka finansowa

f(x)dx (1.7) b f(x)dx = F (x) = F (b) F (a) (1.2)

Wektor kolumnowy m wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze n=1 Wektor wierszowy n wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze m=1

Równania nieliniowe. x i 1

2. FUNKCJE WYMIERNE Poziom (K) lub (P)

Oznaczenia: K wymagania konieczne; P wymagania podstawowe; R wymagania rozszerzające; D wymagania dopełniające; W wymagania wykraczające

usuwa niewymierność z mianownika wyrażenia typu

MATeMAtyka 3 inf. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony. Dorota Ponczek, Karolina Wej

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Układy równań liniowych

LISTA02: Projektowanie układów drugiego rzędu Przygotowanie: 1. Jakie własności ma równanie 2-ego rzędu & x &+ bx&

RACHUNEK CAŁKOWY. Funkcja F jest funkcją pierwotną funkcji f na przedziale I R, jeżeli. F (x) = f (x), dla każdego x I.

STYLE. TWORZENIE SPISÓW TREŚCI

Wymagania edukacyjne z matematyki FUNKCJE dopuszczającą dostateczną dobrą bardzo dobrą

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W 3 LETNIM LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM

TEORIA WAGNERA UTLENIANIA METALI

Metody Numeryczne 2017/2018

Propozycja przedmiotowego systemu oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres podstawowy)

Wspomaganie obliczeń za pomocą programu MathCad

Matematyka. Poziom rozszerzony Próbna Matura z OPERONEM. Modelowe etapy rozwiązywania zadania

Szczegółowe wymagania edukacyjne z matematyki, klasa 2C, poziom podstawowy

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Matematyka Poziom podstawowy

Maciej Grzesiak. Iloczyn skalarny. 1. Iloczyn skalarny wektorów na płaszczyźnie i w przestrzeni. a b = a b cos ϕ. j) (b x. i + b y

Rozwiązanie niektórych zadań treningowych do I kolokwium sem. zimowy, 2018/19

Proces narodzin i śmierci

Pochodne i całki, macierze i wyznaczniki

PRZEGLĄD FUNKCJI ELEMENTARNYCH. (powtórzenie) y=f(x)=ax+b,

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna.

WYBRANE ZAGADNIENIA Z DYNAMIKI GAZÓW

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2 zakres podstawowy 1. SUMY ALGEBRAICZNE

WEKTORY skalary wektory W ogólnym przypadku, aby określić wektor, należy znać:

) będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie normalnym z następującymi parametrami: nieznaną wartością 1 4

Wykład 2. Pojęcie całki niewłaściwej do rachunku prawdopodobieństwa

Wykład 6 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

INSTRUKCJA. - Jak rozwiązywać zadania wysoko punktowane?

Analiza matematyczna i algebra liniowa

WYMAGANIA NA OCENĘ DOPUSZCZAJĄCĄ DLA UCZNIÓW KLASY Ia TECHNIKUM

Porównanie dostępności różnych, nadmiarowych konfiguracji zasilania szaf przemysłowych

dy dx stąd w przybliżeniu: y

Ruch unoszenia, względny i bezwzględny

PEWNIK DEDEKINDA i jego najprostsze konsekwencje

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY VIII w roku szkolnym 2015/2016

KONKURS MATEMATYCZNY dla uczniów gimnazjów w roku szkolnym 2012/13. Propozycja punktowania rozwiązań zadań

Komisja Egzaminacyjna dla Aktuariuszy LIX Egzamin dla Aktuariuszy z 12 marca 2012 r. Część I Matematyka finansowa

Pierwiastek z liczby zespolonej

p Z(G). (G : Z({x i })),

Zadanie 5. Kratownica statycznie wyznaczalna.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE Ib ZAKRES PODSTAWOWY

Katalog wymagań programowych na poszczególne stopnie szkolne. Matematyka. Poznać, zrozumieć

Układy równań liniowych Macierze rzadkie

Wykład z matematyki dla studentów Inżynierii Środowiska. Wykład 1. Literatura PRZEGLĄD FUNKCJI ELEMENTARNYCH

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Matematyka. Poziom rozszerzony. Listopad Wskazówki do rozwiązania zadania

Analiza wariancji klasyfikacja prosta

W. Guzicki Zadanie 19 z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

Kombinowanie o nieskończoności. 4. Jak zmierzyć?

STOŻKOWE JAKO ZBIORY ŚRODKÓW SFER PRZECHODZĄCYCH PRZEZ DWA PUNKTY I STYCZNYCH DO PROSTEJ, PŁASZCZYZNY BĄDŹ SFERY

Materiały diagnostyczne z matematyki poziom podstawowy

Raport Przeliczenie punktów osnowy wysokościowej III, IV i V klasy z układu Kronsztadt60 do układu Kronsztadt86 na obszarze powiatu krakowskiego

Transkrypt:

METODY NUMERYCZNE Wykłd 4. Numeryczne rozwązywne równń nelnowych z jedną newdomą dr hb.nż. Ktrzyn Zkrzewsk, pro.agh Met.Numer. Wykłd 4

Rozwązywne równń nelnowych z jedną newdomą Nleży znleźć perwstek równn nelnowego czyl rozwązć równne ( ) 0 Twerdzene: Jeżel unkcj () jest określon cągł w dnym przedzle <,b> unkcj zmen znk n końcch przedzłu ( ) ( b) 0 to w przedzle <,b> znjduje sę przynjmnej jeden pojedynczy perwstek. Przedzł <,b>, w którym znjduje sę pojedynczy perwstek równn nos nzwę przedzłu zolcj perwstk. b Met.Numer. Wykłd 4

Rozwązywne równń nelnowych z jedną newdomą Jeżel unkcj zmen znk n grncch przedzłu, to w tym przedzle może stneć węcej perwstków ( ) ( b) 0 b ( ) 0 Met.Numer. Wykłd 4 3

Rozwązywne równń nelnowych z jedną newdomą ( ) ( b) 0 b b Jeżel unkcj ne zmen znku n grncch przedzłu, to w tym przedzle może stneć perwstek lub ne Met.Numer. Wykłd 4 4

Metody numerycznego rozwązywn równń nelnowych z jedną newdomą Metody: połowen (równego podzłu lub bsekcj) stycznych (Newton) regul-ls (łszywej lnowośc) metod secznych Met.Numer. Wykłd 4 5

Metod bsekcj Przedzł <,b> dzelmy n połowy punktem: + b b Jeżel ( )0, to jest szuknym perwstkem równn. Jeżel ( ) 0 to z dwóch przedzłów <, > <,b> wybermy ten, n końcch którego unkcj () m różne znk, tzn. spełnony jest jeden z wrunków: () ( )<0 lub ( ) (b) <0 Met.Numer. Wykłd 4 6

Metod bsekcj Uzyskny przedzł <, > lub <,b> ponowne dzelmy n połowy punktem: b lub + b + Jeżel ( )0, to jest szuknym perwstkem równn. Jeżel ( ) 0 to wybermy nowy przedzł sprwdzmy znk unkcj n jego końcch. Proces ten powtrzmy tk długo, ż otrzymmy rozwązne dokłdne lub zostne osągnęt wymgn dokłdność rozwązn. Met.Numer. Wykłd 4 7

Metod bsekcj W wynku tkego postępown po pewnej lczbe kroków lbo otrzymmy perwstek dokłdny ( n )0, lbo cąg przedzłów tkch, że: ( ) ( ) < + gdze orz + są odpowedno początkem końcem -tego przedzłu, jego długość: 0 + b Ponewż lewe końce cągu przedzłów tworzą cąg nemlejący ogrnczony z góry, prwe końce cąg nerosnący ogrnczony z dołu węc stneje ch wspóln grnc. Met.Numer. Wykłd 4 8

Algorytm dl metody bsekcj W kżdym kroku oblczmy względny błąd przyblżen gdze: m m m 00 m jest perwstkem znlezonym w poprzednm kroku m jest perwstkem znlezonym w dnym kroku Met.Numer. Wykłd 4 9

Algorytm dl metody bsekcj Porównne błędu proksymcj wcześnej tolerncją s z denowną Czy > s? Tk Ne nowy podzł stop Pownno sę sprwdzć czy lczb tercj ne przekrcz zdnej wcześnej mksymlnej lczby tercj. Jeśl przekrcz, to progrm pownen sę ztrzymć. Met.Numer. Wykłd 4 0

Przykłd metody bsekcj Z prw zyk wynk, że kul będze znurzon do głębokośc tkej, że Pływjąc kul 0 0 0 R ( 0.055) 0. 3 0.65 + 3.993 0 4 0 Met.Numer. Wykłd 4

Przykłd metody bsekcj Zdne: ) Zstosowć metodę bsekcj (połowen) by znleźć głębokość, do której kul jest znurzon w wodze. Przeprowdzć 3 tercje by oszcowć perwstek równn 3 0.65 + 3.993 0 4 0 b) Znleźć względny błąd przyblżen po zkończenu kżdej tercj lczbę cyr znczących poprwnych w odpowedz Met.Numer. Wykłd 4

Ne możn obecne wyśwetlć tego obrzu. Przykłd metody bsekcj Rozwązne Aby zrozumeć problem unkcj () jest pokzn n rysunku 3-4 ( ) 065. + 3993. 0 Met.Numer. Wykłd 4 3

Przykłd metody bsekcj Zkłdmy l u 0.00 0. Sprwdzmy znk unkcj w l u 3 4 4 ( l ) ( 0) ( 0) 0.65( 0) + 3.993 0 3.993 0 3 4 4 ( ) ( 0.) ( 0.) 0.65( 0.) + 3.993 0.66 0 u stąd 4 4 ( ) ( ) ( 0) ( 0.) ( 3.993 0 )(.66 0 ) < 0 l u Istneje przynjmnej jeden perwstek równn pomędzy l u, tj. pomędzy 0 0. Met.Numer. Wykłd 4 4

Przykłd metody bsekcj Met.Numer. Wykłd 4 5

Przykłd metody bsekcj Itercj Nowy perwstek m + l u 3 ( ) ( 0.055) ( 0.055) 0.65( 0.055) m 0 + 0. 0.055 + 3.993 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( 4 )( 5 0 0.055 3.993 0 6.655 0 ) > 0 l m 4 6.655 0 5 Stąd perwstek leży pomędzy m u, czyl pomędzy 0.055 0.. Dltego nowe grnce przedzłu są: l 0.055, u 0. W tym momence, względny błąd przyblżen ne może być oblczony, bo jest to perwszy krok Met.Numer. Wykłd 4 6

Przykłd metody bsekcj Po perwszej tercj Met.Numer. Wykłd 4 7

Przykłd metody bsekcj Itercj Nowy perwstek m + l u 0.055 + 0. 0.085 3 ( ) ( 0.085) ( 0.085) 0.65( 0.085) m + 3.993 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( 5 )( 4 0.055 0.085 6.655 0.6 0 ) < 0 l m 4.6 0 4 Stąd nowy perwstek leży pomędzy l m, tj. pomędzy 0.055 0.085. Górn doln grnc perwstk: u l 0.055, 0.085 Met.Numer. Wykłd 4 8

Przykłd metody bsekcj Po drugej tercj Met.Numer. Wykłd 4 9

Przykłd metody bsekcj Błąd względny przyblżen po drugej tercj wynos m m m 00 0.085 0.055 0.085 33.333% 00 Żdn z cyr znczących ne jest poprwn w wynku m 0.085 gdyż błąd względny jest wększy od 5%. ε 0.5 0 m Met.Numer. Wykłd 4 0

Przykłd metody bsekcj Itercj 3 Nowy perwstek m + l u 0.055 + 0.085 0.06875 3 ( ) ( 0.06875) ( 0.06875) 0.65( 0.06875) m + 3.993 0 5 5 ( ) ( ) ( 0.055) ( 0.06875) ( 6.655 0 )( 5.563 0 ) < 0 l m 4 5.563 0 5 Stąd perwstek leży pomędzy l m, tj. pomędzy 0.055 0.06875. Stąd grnce wynoszą: u l 0.055, 0.06875 Met.Numer. Wykłd 4

Przykłd metody bsekcj Po trzecej tercj Met.Numer. Wykłd 4

Przykłd metody bsekcj Błąd względny przyblżen po trzecej tercj wynos m m m 00 0.06875 0.085 0.06875 0% 00 Żdn z cyr znczących ne jest poprwn w wynku m 0.06875 gdyż błąd względny jest wększy od 5%. Met.Numer. Wykłd 4 3

Przykłd metody bsekcj Anlz błędu cyr znczących Itercj l u m % ( m ) 0.00000 0. 0.055 ---------- 6.655 0 5 0.055 0. 0.085 33.33.6 0 4 3 0.055 0.085 0.06875 0.00 5.563 0 5 4 0.055 0.06875 0.0688. 4.484 0 6 5 0.0688 0.06875 0.0653 5.63.593 0 5 6 0.0688 0.0653 0.06359.70.0804 0 5 7 0.0688 0.06359 0.0673.370 3.76 0 6 8 0.0688 0.0673 0.063 0.6897 6.497 0 7 9 0.063 0.0673 0.065 0.3436.65 0 6 0 0.063 0.065 0.064 0.7 3.0768 0 7 Met.Numer. Wykłd 4 4

Przykłd metody bsekcj Lczb poprwnych cyr znczących m w wynku wynos: tk węc log 0.7 0.344 0 ( 0.344) m 0.5 0 0.5 0 m m m log m m ( 0.344). 463 Lczb poprwnych cyr znczących w wynku 0.064 po 0-tej tercj wynos. Met.Numer. Wykłd 4 5

Zlety bsekcj metod jest zwsze zbeżn przedzł, w którym znjduje sę perwstek jest zwsze połowony Wdy bsekcj metod jest wolnozbeżn jeżel perwstek odgdnęty jest blsk rzeczywstemu to szybkość mleje Met.Numer. Wykłd 4 6

Wdy metody bsekcj Jeżel unkcj () jest tk, że dotyk os OX to ne możn znleźć perwstk metodą bsekcj ( ) Met.Numer. Wykłd 4 7

Wdy metody bsekcj unkcj zmen znk le ne m perwstk ( ) Met.Numer. Wykłd 4 8

Metod regul-ls Złożen: regul ln; lsus- łszywy Metod zwn jest metodą łszywego złożen lnowośc unkcj w przedzle <,b> równne ()0 m dokłdne jeden perwstek jest to perwstek pojedynczy ()(b)<0 () jest n przedzle <,b> unkcją klsy C d/d d /d mją stły znk w tym przedzle potrzebne do ustlen błędu stłego punktu tercj Met.Numer. Wykłd 4 9

Metod regul-ls Przy tkch złożench możlwe są jedyne nstępujące przypdk: Metod t m punkt stły, jest nm punkt, w którym spełnony jest wrunek: '' > 0 Met.Numer. Wykłd 4 30

Met.Numer. Wykłd 4 3 Metod regul-ls Rozwżmy przypdek: Przez punkty A(, ()) B(b, (b)) prowdzmy cęcwę (seczną) o równnu: ) ( ) ( ) ( ) ( b b y Punkt, w którym cęcw przecn oś OX jest perwszym przyblżenem szuknego perwstk. ) ( ) ( ) ( ) ( b b

Metod regul-ls Jeżel ( )0, to jest szuknym perwstkem. Jeżel otrzymne w ten sposób przyblżene jest z mło dokłdne, to przez punkty C(, ( )) orz przez ten z punktów A B, którego rzędn m znk przecwny nż ( ) prowdzmy nstępną cęcwę. Punkt, w którym cęcw przetne oś OX jest kolejnym przyblżenem. Proces tercyjny kończymy, gdy uzyskmy rozwązne z zdną dokłdnoścą. Tworzymy cąg:,, n ( k ) k k ( b k ) k,,..., n ( b) ( ) 0 0 + k Met.Numer. Wykłd 4 3

Metod regul-ls Możn wykzć, że przy przyjętych złożench cąg,, n jest rosnący ogrnczony węc zbeżny. Jego grncą jest szukny perwstek α czyl (α)0 Błąd n-tego przyblżen możn ocenć n podstwe: ( ) ( α) '( c)( α) n n gdze c jest zwrte w przedzle od n do α n m α n <, b> ( m n ) '( ) Met.Numer. Wykłd 4 33

Metod regul-ls Przykłd: Znleźć dodtn perwstek równn: 3 ( ) + 3 3 w przedzle (,) ocenć błąd przyblżen. Sprwdzmy złożen: '( ) 3 + 3 ''( ) 6 + '( ) > 0 ''( ) > 0 dl > ( ) 4 () 3 Met.Numer. Wykłd 4 34

Metod regul-ls Równne cęcwy przechodzącej przez punkty A(,-4) B(,3) Aby y0,,574 3 + 4 y + 4 ( ) Znjdujemy ( )-.36449. Ponewż ( )<0, to cęcwę prowdzmy przez punkty B(,3) C(,574,-,36449) W drugm przyblżenu,70540 Ocen błędu przyblżen w przykłdze: m n, < b> '( ) Met.Numer. Wykłd 4 35

Metod regul-ls Ocen błędu przyblżen w przykłdze: m n <, b> '( ) m n <,> 3 + 3 ( )-0,4784 n α < 0,4784 < 0,4 Ponewż cąg przyblżeń jest rosnący, węc,70540 < α <,894 Met.Numer. Wykłd 4 36

Metod regul-ls metod secznych Wdą metody jest jej stosunkowo powoln zbeżność. Metodę regul-ls możn znczne ulepszyć tzn. poprwć jej zbeżność, jeżel zrezygnujemy z żądn, by unkcj () mł w punktch wytyczjących nstępną cęcwę różne znk (z wyjątkem perwszej tercj). Jest to metod secznych Met.Numer. Wykłd 4 37

Metod secznych W celu oblczen przyblżen + korzystmy z dwóch wcześnej wyznczonych punktów: -.Wzórokreśljący cąg przyblżeń jest nstępujący: + ( ( )( ) ( ) ) Wdą metody secznych jest to, że może ne być zbeżn do perwstk (np. gdy początkowe przyblżen ne leżą dość blsko perwstk). Dodtkowo cąg przyblżeń pownen być mlejący (jeżel odległość pomędzy kolejnym przyblżenm jest tego smego rzędu co oszcowne błędu, jkm jest obrczon, to nstępne przyblżene może być cłkowce błędne). Met.Numer. Wykłd 4 38

Metod stycznych metod Newton-Rphson Zkłdmy, że () m różne znk n końcch przedzłu <,b> orz () () mją stły znk. Jko perwsze przyblżene perwstk przyjmujemy ten konec przedzłu, w którym unkcj jej drug pochodn mją ten sm znk, tzn. gdy ( 0 ) ( 0 ) 0, gdze 0 lub 0 b. Met.Numer. Wykłd 4 39

Metod stycznych metod Newton-Rphson Z wybrnego końc prowdzmy styczną do wykresu unkcj y (). Punkt, będący punktem przecęc stycznej z osą OX jest kolejnym przyblżenem perwstk. Jeżel otrzymne w ten sposób przyblżene jest z mło dokłdne, to z punktu o współrzędnych (, ( )) prowdzmy nstępną styczną. Punkt, w którym styczn przecn sę z osą OX jest kolejnym przyblżenem. Proces tercyjny kończymy, gdy uzyskmy rozwązne z zdną dokłdnoścą. y ( b) '( b)( b) b ( b) ( b) Met.Numer. Wykłd 4 40

Wzór określjący kolejne przyblżen szuknego rozwązn: + Metod stycznych metod Newton-Rphson ( ) ( ) Jest to zbeżny cąg przyblżeń mlejący ( n+ < n ) lub rosnący ( n+ > n ) ogrnczony z dołu lub z góry. Błąd n-tego przyblżen możn ocenć podobne jk w metodze regul-ls: n+ α ( '( Met.Numer. Wykłd 4 4 n n ) )

Metod stycznych metod Newton-Rphson Znnym przykłdem zstosown metody stycznych jest lgorytm oblczn perwstk kwdrtowego. Perwstek kwdrtowy z lczby dodtnej c jest dodtnm perwstkem równn: Oblczen: Stosując metodę stycznych: c ( ) c '( ) n+ n 0 ( n ) n n ( n ) n c Otrzymujemy: n+ n + c n Met.Numer. Wykłd 4 4

Metod kolejnych przyblżeń (tercj) Dne jest równne ()0 gdze () jest unkcją cągłą. Nleży wyznczyć perwstk rzeczywste tego równn. Równne to sprowdzmy do równn równowżnego: ϕ() Grczn nterpretcj oprt jest n wykresch unkcj: y y ϕ() Metod tercj jest zbeżn gdy ϕ' ( ) < Met.Numer. Wykłd 4 43

Metod kolejnych przyblżeń (tercj) Przypdk gdy metod jest zbeżn: Met.Numer. Wykłd 4 44

Metod kolejnych przyblżeń (tercj) Przypdk gdy metod jest rozbeżn: Met.Numer. Wykłd 4 45

Metod kolejnych przyblżeń (tercj) Zdne domowe: 3 Znleźć perwstek równn: 4.5 0 w przedzle [,] metodą tercj Równne ()0 możn sprowdzć do równn równowżnego φ() w różny sposób: ) 3 4.5 4.5 b) + c) d) + 4.5 + 4.5 Sprwdzć, który sposób zpewn zbeżność metody e) + 4. 3 5 Met.Numer. Wykłd 4 46

Metod kolejnych przyblżeń (tercj) Zdne domowe: 3 Znleźć perwstek równn: 4.5 0 w przedzle [,] metodą tercj Równne ()0 możn sprowdzć do równn równowżnego φ() w różny sposób: ) 3 4.5 4.5 b) + c) d) + 4.5 + 4.5 Sprwdzć, który sposób zpewn zbeżność metody e) + 4. 3 5 Met.Numer. Wykłd 4 47

Poszukwne mnmów unkcj jednej zmennej Zdne znjdown mnmum unkcj () możn sprowdzć do rozwązn równn ()0 Wyznczene pochodnej unkcj może być zbyt trudne lub unkcj może nebyć różnczkowln. Jeżel unkcj jest dostteczne regulrn możn ją loklne przyblżyć welomnm nskego rzędu to możn zstosowć metody proksymcyjne. Jeżel włsnośc unkcj ne są znne to bezpecznejsze są metody podzłu. Met.Numer. Wykłd 4 48

Metody podzłu Złożen: () m mnmum w punkce α nleżącym do przedzłu [,b], () jest mlejąc w przedzle [, α] rosnąc w [α,b] czyl jest unmodln. Lemt: Aby zloklzowć punkt α w przedzle [,b ] o mnejszej długośc nż przedzł [,b], wystrczy oblczyć wrtość unkcj w dwu punktch wewnątrz przedzłu [,b]. <t <t <b Jeżel (t ) (t ), to α [,t ] Jeżel (t )>(t ), to α [ t,b] Met.Numer. Wykłd 4 49 t α t b

Metody podzłu Metod podzłu n 3 równe częśc Przyjmujemy punkty podzłu przedzłu [,b]: t + 3 b b 3 t + 3 3 Wkżdej tercj nstępuje zmnejszene przedzłu 3/rzy Po I tercjch uzyskujemy przedzł odługośc: b 3 I ( (0) (0) b ) Wrtość unkcj oblczono I rzy Met.Numer. Wykłd 4 50

Metody podzłu Metod połowen Przyjmujemy punkty podzłu n cztery częśc przedzłu [,b]: t 3 + 4 b b 4 t + W kżdej tercj nstępuje zmnejszene przedzłu rzy Po I tercjch uzyskujemy przedzł o długośc: b ( (0) (0) b ) Met.Numer. Wykłd 4 5 Wrtość unkcj oblczono I+ rzy Jest to metod brdzej ekonomczn I t 3 3 + 4 b 4

Metod optymlnych podzłów Metod Johnson Njmnejszej lczby oblczeń unkcj wymg metod korzystjąc z cągu lczb bonccego. 0 3 3 4 5 5 8 0 + Ops lgorytmu: Denujemy pożądną dokłdność ρ wyznczen położen mnmum α., tzn. chcemy uzyskć tk punkt t, by 6 3 7 α [ t ρ, t + ρ] Met.Numer. Wykłd 4 5

Metod optymlnych podzłów.nech: c (0) ρ (0). Znjdujemy tke N, by 3. Określmy:,,..., N- Ops lgorytmu w metodze Johnson: b t t N < ( b ) N + N ( b ) N + c N N + + Met.Numer. Wykłd 4 53

Metod optymlnych podzłów Ops lgorytmu w metodze Johnson: 4. W kżdej tercj oblczmy nowe punkty,b w nstępujący sposób: Jeżel: (t ) (t ), to pozostje bez zmn, bt () Jeżel: (t )>(t ), to b pozostje bez zmn, t () Po -tej tercj długość przedzłu [,b] zostje zmnejszon N N + rzy bez względu n to, któr nerówność jest spełnon Met.Numer. Wykłd 4 54

Metod optymlnych podzłów Ops lgorytmu w metodze Johnson: Po (N-) tercjch długość przedzłu zostje zmnejszon do wrtośc ( b ) N N (0) (0) N (0) (0) b... ( b ) N 3 N ρ Wykonno łączne N- oblczeń wrtośc unkcj Met.Numer. Wykłd 4 55

Metod optymlnych podzłów Przykłd: Znleźć mnmum unkcj () zloklzowne n przedzle [-4,4]. Pożądn dokłdność ρ. () Metod połowen 3 t ( 4) + 4 4 4 t ( 4) + 4 3 t3 ( 4) + 4 4 4 Sprwdzmy: (-)>(0) ()>(0); możemy zwęzć przedzł do: [-,] 0 Met.Numer. Wykłd 4 56

Metod optymlnych podzłów Przykłd: Dokonujemy nowego podzłu n 4 równe częśc () 3 t ( ) + 4 4 () t ( ) + 0 () 3 t3 ( ) + 4 4 Sprwdzmy: (-)>(0) ()>(0); możemy zwęzć przedzł do: [-,] le wtedy t0; (t)0 Wykonno łączne 5 oblczeń wrtośc unkcj Met.Numer. Wykłd 4 57

Met.Numer. Wykłd 4 58 Metod optymlnych podzłów Znleźć mnmum unkcj () zloklzowne n przedzle [-4,4]. Pożądn dokłdność ρ. Przykłd: (b) Metod Johnson ztem N5 8 4) ( 4 (0) (0) ρ b c 8 8 5 5 4 < < c c N N 4 8 8 3 4) ( 4)) ( (4 ) ( 5 5 () + + + + b t N N 4 8 8 5 4) ( 4)) ( (4 ) ( 5 5 () + + + + b t N N

Met.Numer. Wykłd 4 59 Metod optymlnych podzłów Jeżel: (t ) (t ), to pozostje bez zmn, bt () Szukmy nowych grnc przedzłu,b Oblczmy nowe punkty podzłu: ; () () t t le (-)(), czyl -4 b 4 5 5 4) ( 4)) ( ( ) ( 5 5 () + + + + b t N N 4 5 5 3 4) ( 4)) ( ( ) ( 5 5 () + + + + b t N N

Met.Numer. Wykłd 4 60 Metod optymlnych podzłów Szukmy nowych grnc przedzłu,b Oblczmy nowe punkty podzłu: ; () () t t le (-)>(-), czyl - b 3 3 ) ( )) ( ( ) ( 3 5 3 5 (3) + + + + b t N N 0 3 3 ) ( )) ( ( ) ( 3 5 3 5 (3) + + + + b t N N Jeżel: (t )>(t ), to b pozostje bez zmn, t ()

Metod optymlnych podzłów (3) (3) t ; t 0 Szukmy nowych grnc przedzłu,b Jeżel: (t )>(t ), to b pozostje bez zmn, t () le (-)>(0), czyl - b [, b] [,] t 0 ( t) 0 Wykonno łączne 4 oblczen wrtośc unkcj Met.Numer. Wykłd 4 6

Metod optymlnych podzłów Metod złotego podzłu Poleg n tkm wyborze punktów podzłu t ( )t ( ), by przedzł [,b] zmnejszł swą długość po kżdej tercj tyle smo rzy po wyznczenu punktów nowego podzłu, tzn. t (+) t (+),jeden z tych punktów pokrywł sę z wyznczonym punktem podzłu w poprzednej tercj. M to n celu zmnejszene lczby oblczeń wrtośc unkcj, gdyż jedyne w perwszej tercj oblczmy dwe wrtośc unkcj, w nstępnych zś już tylko jedną wrtość unkcj. Tę cechę mł omówony poprzedno lgorytm optymlny Met.Numer. Wykłd 4 6

Metod optymlnych podzłów Metod złotego podzłu Wymgn te spełn lgorytm, w którym: ( ) ( ) t b t τ ( b ), τ (0,) b t ( ) τ ( b t ( ) ) Stąd: τ +τ 0 czyl: τ 5 0,6 Lczb τ jest stosunkem boków prostokąt nzywnego przez strożytnych Greków złotym Met.Numer. Wykłd 4 63

Metod optymlnych podzłów Metod złotego podzłu Punkty podzłu oblczmy ze wzoru: () t + ( τ )( b ) () t b ( τ )( b ) Przyjęto mnożnk: τ by zmnejszyć błędy zokrągleń przy wyzncznu kolejnych punktów podzłu Met.Numer. Wykłd 4 64

Metod optymlnych podzłów Metod złotego podzłu Nowe punkty,b powstją w nstępujący sposób: Jeżel: (t ) (t ), to pozostje bez zmn, bt () t ( + ) ( ) t t ( + ) + ( τ )( b ) Jeżel: (t )>(t ), to b pozostje bez zmn, t () t ( + ) ( ) t t ( + ) b ( τ )( b ),,,3,... Aby wyznczyć t metodą złotego podzłu z dokłdnoścą ne gorszą nż metodą Johnson, potrzeb co njwyżej jednego dodtkowego oblczen wrtośc unkcj. Met.Numer. Wykłd 4 65