METODY NUMERYCZNE. Wykład 4. Całkowanie numeryczne. dr hab. inż. Katarzyna Zakrzewska, prof. AGH

Podobne dokumenty
METODY NUMERYCZNE. Wykład 5. Całkowanie numeryczne. dr hab. inż. Katarzyna Zakrzewska, prof. AGH. Met.Numer. wykład 5 1

Metoda szeregów potęgowych dla równań różniczkowych zwyczajnych liniowych. Równanie różniczkowe zwyczajne liniowe drugiego rzędu ma postać

3.6. Całka oznaczona Riemanna i jej własności. Zastosowania geometryczne całki oznaczonej.

Wykład 1 Pojęcie funkcji, nieskończone ciągi liczbowe, dziedzina funkcji, wykres funkcji, funkcje elementarne, funkcje złożone, funkcje odwrotne.

GENEZA WYZNACZNIKA. Układ równań liniowych z dwiema niewiadomymi. Rozwiązania układu metodą eliminacji Gaussa

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Całki oznaczone. wykład z MATEMATYKI

Zadania z analizy matematycznej - sem. II Całki oznaczone i zastosowania

WYKŁAD 7. UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH Macierzowa Metoda Rozwiązywania Układu Równań Cramera

I. CIĄGI I SZEREGI FUNKCYJNE. odwzorowań zbioru X w zbiór R [lub C] nazywamy ciągiem funkcyjnym.

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

Wykład 8: Całka oznanczona

W tym wykładzie zapoznamy się z podstawowymi metodami przybliżonego obliczania całek oznaczonych funkcji jednej zmiennej, tj.

Rozmaite techniki dowodzenia nierówności

ELEMENTÓW PRĘTOWYCH. Rys.D3.1

Całkowanie numeryczne przy użyciu kwadratur

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

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 15. CAŁKI OZNACZONE. Egzaminy I termin poniedziałek :00 Aula B sala 12B Wydział Informatyki

TABLICE WZORÓW I TWIERDZEŃ MATEMATYCZNYCH zakres GIMNAZJUM

MATEMATYKA DYSKRETNA (2014/2015) dr hab. inż. Małgorzata Sterna WIELOMIANY SZACHOWE

Prace Koła Matematyków Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie (2014)

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWEK CIENKICH ZA POMOCĄ ŁAWY OPTYCZNEJ

H. Dąbrowski, W. Rożek Próbna matura, grudzień 2014 r. CKE poziom rozszerzony 1. Zadanie 15 różne sposoby jego rozwiązania

Metody numeryczne. Całkowanie. Janusz Szwabiński. nm_slides-4.tex Metody numeryczne Janusz Szwabiński 23/10/ :07 p.

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

MATHCAD Obliczenia iteracyjne, macierze i wektory

KONKURS MATEMATYCZNY dla uczniów gimnazjów w roku szkolnym 2012/13 III etap zawodów (wojewódzki) 12 stycznia 2013 r.

XI. Rachunek całkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Całka podwójna Całka podwójna po prostokącie. Oznaczenia:

Główka pracuje - zadania wymagające myślenia... czyli TOP TRENDY nowej matury.

Zasada indukcji matematycznej. Dowody indukcyjne.

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

ZADANIA Z ZAKRESU SZKOŁY PODSTAWOWEJ, GIMNAZJUM I SZKOŁY ŚREDNIEJ

Algebra WYKŁAD 5 ALGEBRA 1

Całkowanie numeryczne przy użyciu kwadratur

Programowanie z więzami (CLP) CLP CLP CLP. ECL i PS e CLP

FUNKCJA KWADRATOWA. RÓWNANIA I NIERÓWNOŚCI DRUGIEGO STOPNIA.

Zadania i rozwiązania prac domowych z Analizy Matematycznej 1.2 z grupy pana Ryszarda Kopieckiego, semestr letni 2011/2012.

Analiza matematyczna ISIM I

Rozwiązywanie układów równań liniowych (1)

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 Wykład 1

METODY NUMERYCZNE. Wykład 6. Rozwiązywanie układów równań liniowych. dr hab. inż. Katarzyna Zakrzewska, prof. AGH. Met.Numer.

I. DZIAŁANIA W ZBIORZE LICZB RZECZYWISTYCH ZBIORY LICZBOWE: liczby całkowite C : C..., 3, 2, 1,

Całkowanie numeryczne Zadanie: obliczyć przybliżenie całki (1) używając wartości funkcji f(x) w punktach równoodległych. Przyjmujemy (2) (3) (4) x n

Wykład 2. Pojęcie całki niewłaściwej do rachunku prawdopodobieństwa

Powtórka dotychczasowego materiału.

1. Określ monotoniczność podanych funkcji, miejsce zerowe oraz punkt przecięcia się jej wykresu z osią OY

Metody numeryczne. Wykład nr 5: Aproksymacja i interpolacja. dr Piotr Fronczak

Autorzy: Andrzej Jabłoński, Tomasz Palewski Korekta: Alicja Bakalarz ZASADY OBLICZEŃ

CIĄGI LICZBOWE N = zbiór liczb naturalnych. R zbiór liczb rzeczywistych (zbiór reprezentowany przez punkty osi liczbowej).

Scenariusz lekcji matematyki w klasie II LO

CIĄGI LICZBOWE. Naturalną rzeczą w otaczającym nas świecie jest porządkowanie różnorakich obiektów, czyli ustawianie ich w pewnej kolejności.

1.1 Pochodna funkcji w punkcie

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

Nr: 1. Metody obliczeniowe - Budownictwo semestr 2 - wykład nr 4. Metody obliczeniowe. wykład nr 4. róŝniczkowanie przybliŝone całkowanie numeryczne

Układy równań liniowych Macierze rzadkie

Rozwiązania maj 2017r. Zadania zamknięte

Analiza matematyczna i algebra liniowa Całka oznaczona

1 Definicja całki oznaczonej

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

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki oznaczone. lim δ n = 0. σ n = f(ξ i ) x i. (1)

Analiza numeryczna. Stanisław Lewanowicz. Całkowanie numeryczne. Definicje, twierdzenia, algorytmy

METODY KOMPUTEROWE 11

G i m n a z j a l i s t ó w

VI. Rachunek całkowy. 1. Całka nieoznaczona

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych i schemat oceniania zadań otwartych

CAŁKA NIEOZNACZONA f - funkcja określona w przedziale E. Funkcją pierwotną funkcji f w przedziale E nazywamy funkcję F taką, że

Wybrane zagadnienia. Wykład 2a. Metoda simpleks rozwiązywania zadań programowania liniowego.

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

Całki oznaczone. Funkcja górnej granicy całkowania. Zastosowania całek oznaczonych. Całki niewłaściwe. Małgorzata Wyrwas

Całki oznaczone. Funkcja górnej granicy całkowania. Zastosowania całek oznaczonych. Całki niewłaściwe. Małgorzata Wyrwas

MES-1 08 Element 3-węzłowy. Całkowanie numeryczne

Analiza Matematyczna (część II)

Całka Riemanna Dolna i górna suma całkowa Darboux

2. Funktory TTL cz.2

Działania wewnętrzne i zewnętrzne

Zadania. I. Podzielność liczb całkowitych

Ciągi liczbowe podstawowe definicje i własności

Mamy nadzieję, że zestaw, który przygotowaliśmy maturzystom, spełni swoje zadanie i przyczyni się do egzaminacyjnych sukcesów.

Rys. 1. Interpolacja funkcji (a) liniowa, (b) kwadratowa, (c) kubiczna.

- macierz o n wierszach i k kolumnach. Macierz jest diagonalna jeśli jest kwadratowa i po za główną przekątną (diagonala) są

Wykład 3: Transformata Fouriera

Całka oznaczona. długość k-tego odcinka podziału P. punkt pośredni k-tego odcinka podziału P. Niech funkcja f będzie ograniczona na przedziale

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

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Całka oznaczona. długość k-tego odcinka podziału P. punkt pośredni k-tego odcinka podziału P. Niech funkcja f będzie ograniczona na przedziale

[ ] I UKŁAD RÓWNAŃ Definicja 1 Układ m równań liniowych z n niewiadomymi x 1, x 2,., x n : II ROZW. UKŁADU RÓWNAŃ PRZY POMOCY MACIERZY ODWROTNEJ

460 Szeregi Fouriera. Definicja. Definicja. Układ trygonometryczny. Definicja Układ ortogonalny funkcji ( ϕ n

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

MATEMATYKA Przed próbną maturą. Sprawdzian 1. (poziom podstawowy) Rozwiązania zadań

ADAM KONSTANTYNOWICZ ANNA KONSTANTYNOWICZ

ZADANIA Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ dla I roku kierunku informatyka WSZiB

MATEMATYKA W EKONOMII I ZARZĄDZANIU

G:\AA_Wyklad 2000\FIN\DOC\Fourier.doc. Drgania i fale II rok Fizyki BC. zawierają fazy i amplitudy.

Podstawy programowania obiektowego

nazywamy n -tym wyrazem ciągu ( f n

i interpretowanie reprezentacji wykorzystanie i tworzenie reprezentacji wykorzystanie wykorzystanie i tworzenie reprezentacji

Obliczenia naukowe Wykład nr 14

usuwa niewymierność z mianownika wyrażenia typu

Transkrypt:

METODY NUMERYCZNE Wykłd. Cłkowie umeryze dr h. iż. Ktrzy Zkrzewsk, pro. AGH

Pl Wzór trpezów Złożoy wzór trpezów Metod ekstrpolji Rihrdso Metod Romerg Metod Simpso wzór prol Metod Guss

Cłkowie umeryze - ide d Y Cłkę moż przyliżyć sumą d S i i i X i i i

Kwdrtury Newto-Cotes Kwdrtur Newto Cotes leży do metod z ustloymi węzłmi, poleg tym, że ukj jest iterpolow wielomiem p. Lgrge gdzie: 0... Wówzs łk z ukji może yć przyliż łką z ukji iterpolująej -tego stopi

5 Wzór trpezów Zkłdmy = zyli 0 d 0 Szukmy współzyików 0 i 0 Zkłdmy, że prost, któr przyliż ukję przehodzi przez pukty, i,. Czyli: 0 0 0

6 Wzór trpezów d d pole trpezu Y X

7 Wzór trpezów Przykłd : Prędkość rkiety w przedzile zsu od t =8 s do t =0 s jest opis wzorem: 0000 v t 000 l 9. 8t 0000 00t Przy pomoy metody trpezów zjdź przemieszzeie rkiety w tym przedzile zsu zyli Δ=t -t Wyzz łąd względy odiesioy do wrtośi dokłdej g. true reltive error

8 Wzór trpezów 0000 t 000 l 9. 8t 0000 00t 8 0 000 l 000 l 0000 0000 008 0000 0000 000 8 s 0 s 9.88 9.80 77.7 90.67 m/ m/ s s 0 8 77.7 90.67 868 m

9 Wzór trpezów Wrtość dokłd 0 8 0000 000 l 9.8t dt 0000 00t 06 m Błąd względy: 06 868 t 00 7.959% 06

0 Złożoy wzór trpezów Błąd, jk pokzuje poprzedi przykłd, jest zyt duży. Moż zpropoowć podził przedziłu łkowi segmetów, kżdy o długośi h. Y h dl = X d h d h h h d h d h h d

d ih i h h h h h h d d... d d d... h h h h h ] [... h h Złożoy wzór trpezów

Przykłd : Złożoy wzór trpezów Prędkość rkiety w przedzile zsu od t =8 s do t =0 s jest opis wzorem: 0000 v t 000 l 9. 8t 0000 00t Przy pomoy metody trpezów zjdź przemieszzeie rkiety w tym przedzile zsu zyli Δ=t -t przyjmują = Wyzz łąd względy odiesioy do wrtośi dokłdej true reltive error

Złożoy wzór trpezów i ih 0 = = 8 s = 0 s h s 8 0 8 8 i ih 0 8 9 0 77. 7 8. 75 90. 67 66 m

Złożoy wzór trpezów wrtość dokłd wyosi: 0 8 000 0000 l 9. 8t 0000 00t dt 06 m Błąd względy to: 06 66 t 00.85 % 06

5 Złożoy wzór trpezów Δ E t t % % 868-807 7.96 --- 66-05.85 5. 5-9. 0.865.09-5.5 0.655 0.59 5 09 -.0 0.98 0.669 6 08 -.9 0.070 0.0908 7 078-6.8 0.5 0.058 8 07 -.9 0.65 0.0560

6 Aliz łędu dl wzoru trpezów Błąd ezwzględy metody z pojedyzym segmetem E t ", gdzie jest puktem w, Błąd w metodzie złożoej wielosegmetowej jest sumą łędów dl kżdego segmetu. Błąd pojedyzego segmetu wyosi: h E ", h " h

7 Aliz łędu dl wzoru trpezów Podoie: E i ih i h " i, i h i ih h " i dl : h E ", h h "

8 Aliz łędu dl wzoru trpezów Cłkowity łąd w metodzie złożoej jest sumą łędów pojedyzyh segmetów: i E t E i " h i " i i Wyrżeie i " jest przyliżoą średią wrtośią drugiej pohodej w przedzile E t i i

9 Aliz łędu dl wzoru trpezów Poiższ tli dl łki 0 8 000 0000 l 9. 8t 0000 00t dt w ukji lizy segmetów. Widć, że gdy liz segmetów jest podwj, łąd E t zmiejsz się w przyliżeiu zterokrotie. Vlue E t t % % 66-05.85 5. -5.5 0.655 0.59 8 07 -.9 0.65 0.0560 6 065 -. 0.09 0.000

0 Cłkowie metodą Romerg Metod Romerg jest rozszerzeiem metody trpezów i dje lepsze przyliżeie łki poprzez zsdizą redukję łędu true error

Ekstrpolj Rihrdso Błąd E t true error w -segmetowym wzorze trpezów wyosi E t C gdzie C jest współzyikiem proporjolośi Stąd: Et TV wrtość dokłd true vlue wrtość przyliżo p. wylizo ze wzoru trpezów pproimte vlue

Ekstrpolj Rihrdso Moż pokzć, że C TV gdy segmet zostje zmiejszoy o połowę Ze wzorów: C TV C TV otrzymujemy: TV

Ekstrpolj Rihrdso Przykłd : Prędkość rkiety w przedzile zsu od t =8 s do t =0 s jest opis wzorem: 0000 v t 000 l 9. 8t 0000 00t Przy pomoy ekstrpolji Rihrdso zjdź przemieszzeie rkiety w tym przedzile zsu zyli Δ=t -t Wyzz łąd względy odiesioy do wrtośi dokłdej true reltive error Przyjąć =

Tel wyików ze złożoego wzoru trpezów do =8 segmetów Δ E t t % % 868-807 7.96 --- 66-05.85 5. 5-9. 0.865.09-5.5 0.655 0.59 5 09 -.0 0.98 0.669 6 08 -.9 0.070 0.0908 7 078-6.8 0.5 0.058 8 07 -.9 0.65 0.0560

5 Ekstrpolj Rihrdso 66m m TV dl = TV 66 06m

6 Ekstrpolj Rihrdso Wrtość dokłd to: 0 8 000 0000 l 9. 8t 0000 00t dt 06 m Stąd Et 06 06 m

7 Ekstrpolj Rihrdso Błąd względy 06 06 t 00 0.0090% 06 Porówie wyików z metodą złożoą trpezów. 8 Δ m wzór trpezów 868 66 07 % Δ m t t % wzór trpezów 7.96.85 0.655 0.65 ekstrpolj Rihrdso -- 065 06 06 ekstrpolj Rihrdso -- 0.066 0.0090 0.0000

8 Metod Romerg Cłkowie metodą Romerg stosuje te sm wzór o ekstrpolj Rihrdso. Jedkże, metod Romerg jest to lgorytm rekureyjy. Przypomijmy: TV Moż zpisć R Wrtość dokłd TV jest zstąpio przez wyik łkowi metodą Rihrdso Zk jest zstąpioy przez zk rówośi. R

9 Metod Romerg Estymow wrtość dokłd wyosi: TV Ch gdzie Ch jest wrtośią łędu przyliżei Nstęp wrtość łki podwjją lizę segmetów wyosi: R Estymow wrtość dokłd wyosi terz: TV R R 5 R R R R R

0 Metod Romerg Ogóle wyrżeie w metodzie Romerg k, j k k, j k, j, j, k k Wskźik k reprezetuje rząd ekstrpolji k= odpowid wrtośiom uzyskym ze wzoru trpezów k= odpowid wrtośiom uzyskym z łędem Oh Wskźik j reprezetuje dokłdość; j+ dje łkę wyzzoą dokłdiej iż j

Metod Romerg Przykłd : Prędkość rkiety w przedzile zsu od t =8 s do t =0 s jest opis wzorem: 0000 v t 000 l 9. 8t 0000 00t Przy pomoy wzoru Romerg zjdź przemieszzeie rkiety w tym przedzile zsu zyli Δ=t -t Wyzz łąd względy odiesioy do wrtośi dokłdej true reltive error Przyjąć =,,, 8

Tel wyików ze złożoego wzoru trpezów do =8 segmetów Δ E t t % % 868-807 7.96 --- 66-05.85 5. 5-9. 0.865.09-5.5 0.655 0.59 5 09 -.0 0.98 0.669 6 08 -.9 0.070 0.0908 7 078-6.8 0.5 0.058 8 07 -.9 0.65 0.0560

Metod Romerg N podstwie teli odzytujemy: 868 66,,, 07, W pierwszym przyliżeiu:,,,, 66 66 868

Metod Romerg Podoie,,,, 06, 66, 07,, 07 06,

5 Metod Romerg W drugim przyliżeiu, Podoie,,,, 06 06 06 06,, 5, 06 065 5, 5, 06 06 5

6 Metod Romerg Dl trzeiego rzędu,,,, 6, 06 06 06 6 06m

7 Metod Romerg Rząd Rząd Rząd -segmet -segmet -segmet 8-segmet 868 6 07 065 06 06 06 06 06 Poprwioe wrtośi łki metodą Romerg

8 Metod Simpso Metod trpezów ył oprt przyliżeiu ukji podłkowej wielomiem stopi pierwszego. W metodzie Simpso wykorzystuje się wielomiy stopi drugiego, jest to tzw. metod prol. d d gdzie: 0

9 Metod Simpso Rówie proli dl puktów:,,,,, Y 0 0 X 0

0 Metod Simpso Wyzzoe współzyiki ukji to: 0

Metod Simpso d d 0 0 0 Wówzs:

Metod Simpso d 6 h Co dje: h d wzór prol

Metod Simpso w wersji złożoej... d 6 0 0... 6... 0 -... d d d 0 d d......... 6 6 h i i...,,, i

Metod Simpso... h d 6 0... h 6... h 6 6 h

5 Metod Simpso d...... h 0 }]...... 0 eve i i i odd i i i h 0 eve i i i odd i i i

6 Metod Simpso liz łędu Wrtośi przyliżoe przykłdu stosują regułę / Simpso z wielom segmetmi Wrtość przyliżo E t Є t 6 8 0 065.7 06.6 06.0 06.5 06..8 0.0 0.06 0.0 0.00 0.096% 0.007% 0.0005% 0.000% 0.0000%

7 Metod Simpso liz łędu Błąd dl jedego segmetu 5 E t, 880 Błąd w metodzie wielosegmetowej E 0 880 5 5 h 90, 0 E 880 5 5 h 90, E i i i 880 5 i 5 h 90 i, i i i

8 Metod Simpso liz łędu Cłkowity łąd i i E t E i i 5 h 5 i 90 i 5 i E t 90 5 i i 90 90 5 i średi wrtość pohodej

9 Metod Guss Cłkę metodą kwdrtury Guss przedstwi wzór: d stłe współzyiki Pukty i, w któryh określmy wrtość ukji podłkowej ie są ustloe jk poprzedio grih przedziłu zyli i, le są priori dowolie rozmieszzoe w przedzile <,>.

50 Metod Guss. 0 d d 0 0 0 Niewidome,,, zjduje się zkłdją, że ukj podłkow spełi wruek:

5 Metod Guss 0 0 d 0 d d d 0 0 z jedej stroy z drugiej stroy

5 Metod Guss 0 0

5 Metod Guss Rozwiązują ukłd rówń: otrzymujemy dl metody dwupuktowej:

5 Metod Guss d W dwu-puktowej metodzie Guss, łk ukji wyrż się wzorem:....... d Uogóliją dl puktów:

55 Metod Guss W -puktowej metodzie Guss, współzyiki i orz rgumety i są stelryzowe dl łek w grih od - do g d i i g i współzyiki rgumety ukji =.000000000 =.000000000 = 0.555555556 = 0.888888889 = 0.555555556 = 0.78585 = 0.65555 = 0.65555 = 0.78585 = -0.5775069 = 0.5775069 = -0.77596669 = 0.000000000 = 0.77596669 = -0.866 = -0.9980 = 0.9980 = 0.866

56 Metod Guss współzyiki rgumety ukji 5 = 0.696885 = 0.7868670 = 0.568888889 = 0.7868670 5 = 0.696885 6 = 0.79 = 0.607657 = 0.67995 = 0.67995 5 = 0.607657 6 = 0.79 = -0.9067986 = -0.58690 = 0.000000000 = 0.58690 5 = 0.9067986 = -0.9695 = -0.660986 = -0.869860 = 0.869860 5 = 0.660986 6 = 0.9695

57 Metod Guss Jeżeli de są w tlih dl Grie łkowi g d d? to jk olizmy, leży zmieić, Nieh mt Dl, t Dl t, Wyik stąd, że: m

58 Metod Guss Stąd: t d dt Osttezie: d t dt

59 Metod Guss Przykłd 5: Prędkość rkiety w przedzile zsu od t =8 s do t =0 s jest opis wzorem: 0000 v t 000 l 9. 8t 0000 00t Przy pomoy dwu-puktowej metody Guss zjdź przemieszzeie rkiety w tym przedzile zsu zyli Δ=t - t Wyzz łąd względy odiesioy do wrtośi dokłdej true reltive error

60 Metod Guss Njpierw zmieimy grie łkowi z [8,0] [-,] 0 t dt 0 8 0 8 0 8 8 d 9 d Nstępie odzytujemy z tli dl =. 000000000 0. 5775069. 000000000 0. 5775069

6 Metod Guss Korzystmy ze wzoru kwdrtury Guss 9 d 9 9 0. 57750 9 0. 57750 9. 695 5. 5085 96. 87 708. 8 058. m

6 Metod Guss Skorzystliśmy z tego, że:. 695 0000 000l 0000 00. 695 9. 8. 695 96.87 5. 5085 0000 000l 0000 00 5. 5085 9. 8 5. 5085 708.8

6 Metod Guss Błąd ezwzględy true error E t E t 06..9000 058. m Błąd względy, t 06. 058. t 00% 06. 0.06%