W wielu obliczeniach w matematyce bądź fizyce wykonanie niektórych kroków zależy od spełnienia warunku.

Podobne dokumenty
FUNKCJA KWADRATOWA. 1. Definicje i przydatne wzory. lub trójmianem kwadratowym nazywamy funkcję postaci: f(x) = ax 2 + bx + c

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c = a

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

EGZAMIN MATURALNY W ROKU SZKOLNYM 2014/2015

Układy równań. Kinga Kolczyńska - Przybycień 22 marca Układ dwóch równań liniowych z dwiema niewiadomymi

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c,

M10. Własności funkcji liniowej

Klasa 1 technikum. Poniżej przedstawiony został podział wymagań na poszczególne oceny szkolne:

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

FUNKCJE I RÓWNANIA KWADRATOWE. Lekcja 78. Pojęcie i wykres funkcji kwadratowej str

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

FUNKCJE ELEMENTARNE I ICH WŁASNOŚCI

Matematyka licea ogólnokształcące, technika

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY DRUGIEJ LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO ZAKRES PODSTAWOWY

Kształcenie w zakresie podstawowym. Klasa 2

Lekcja 2. Pojęcie równania kwadratowego. Str Teoria 1. Równaniem wielomianowym nazywamy równanie postaci: n

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 1 zakres podstawowy 1. LICZBY RZECZYWISTE

Funkcje wymierne. Jerzy Rutkowski. Działania dodawania i mnożenia funkcji wymiernych określa się wzorami: g h + k l g h k.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI dla klasy I ba Rok szk. 2012/2013

Funkcje liniowe i wieloliniowe w praktyce szkolnej. Opracowanie : mgr inż. Renata Rzepińska

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO OTRZYMANIA PRZEZ UCZNIA POSZCZEGÓLNYCH ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI

Wstęp do analizy matematycznej

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES

1) 2) 3) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25)

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY. (zakres podstawowy) klasa 2

PLAN WYNIKOWY (zakres podstawowy) klasa 2. rok szkolny 2015/2016

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

. Funkcja ta maleje dla ( ) Zadanie 1 str. 180 b) i c) Zadanie 2 str. 180 a) i b)

1.UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Zakres materiału obowiązujący do egzaminu poprawkowego z matematyki klasa 1 d LO

Propozycje rozwiązań zadań z matematyki - matura rozszerzona

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

MATeMAtyka 1. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony Klasa pierwsza

ROZKŁAD MATERIAŁU DLA KLASY I LICEUM I TECHNIKUM (ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny branżowa szkoła I stopnia klasa 1 po gimnazjum

Metody numeryczne w przykładach

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Pendolinem z równaniami, nierównościami i układami

Geometria analityczna

WYMAGANIA EDUKACYJNE - matematyka - poziom rozszerzony Dariusz Drabczyk

ALGEBRA z GEOMETRIA, ANALITYCZNA,

Propozycje rozwiązań zadań otwartych z próbnej matury rozszerzonej przygotowanej przez OPERON.

MATEMATYKA WYKAZ UMIEJĘTNOŚCI WYMAGANYCH NA POSZCZEGÓLNE OCENY DLA KLASY PIERWSZEJ

Matematyka z kluczem. Szkoła podstawowa nr 18 w Sosnowcu. Przedmiotowe zasady oceniania klasa 7

2. LICZBY RZECZYWISTE Własności liczb całkowitych Liczby rzeczywiste Procenty... 24

FUNKCJA KWADRATOWA. Zad 1 Przedstaw funkcję kwadratową w postaci ogólnej. Postać ogólna funkcji kwadratowej to: y = ax + bx + c;(

Wielomiany podstawowe wiadomości

REPREZENTACJA LICZBY, BŁĘDY, ALGORYTMY W OBLICZENIACH

Matura z matematyki?- MATURALNIE, Ŝe ZDAM! Zadania treningowe klasa I III ETAP

WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE OCENY MATEMATYKA KL.VII

Kurs ZDAJ MATURĘ Z MATEMATYKI MODUŁ 6 Teoria funkcje cz. 2

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY VII SZKOŁY PODSTAWOWEJ

Matematyka wykaz umiejętności wymaganych na poszczególne oceny

Otrzymaliśmy w ten sposób ograniczenie na wartości parametru m.

Wymagania edukacyjne z matematyki w klasie VII szkoły podstawowej

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA VII

PRZEDMIOTOWY SYSTEM OCENIANIA PROSTO DO MATURY KLASA 1 ZAKRES PODSTAWOWY

Plan wynikowy matematyka w zakresie rozszerzonym w klasie 1b, 2016/2017r.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY III

MATURA Przygotowanie do matury z matematyki

O MACIERZACH I UKŁADACH RÓWNAŃ

Wymagania edukacyjne z matematyki dla klasy I gimnazjum wg programu Matematyka z plusem

7 zaokr aglamy do liczby 3,6. Bład względny tego przybliżenia jest równy A) 0,8% B) 0,008% C) 8% D) 100

KRYTERIA OCEN Z MATEMATYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

Próbny egzamin z matematyki dla uczniów klas II LO i III Technikum. w roku szkolnym 2012/2013

1. LICZBY DZIAŁ Z PODRĘCZNIKA L.P. NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

Liczby. Wymagania programowe kl. VII. Dział

WYMAGANIA EDUKACYJNE KLASA I Pogrubieniem oznaczono wymagania, które wykraczają poza podstawę programową dla zakresu podstawowego.

x 2 = a RÓWNANIA KWADRATOWE 1. Wprowadzenie do równań kwadratowych 2. Proste równania kwadratowe Równanie kwadratowe typu:

Zajęcia nr. 6: Równania i układy równań liniowych

ROZKŁAD MATERIAŁU NAUCZANIA KLASA 1, ZAKRES PODSTAWOWY

Pojęcia, wymagania i przykładowe zadania na egzamin poprawkowy dla klas II w roku szkolnym 2016/2017 w Zespole Szkół Ekonomicznych w Zielonej Górze

a =, gdzie A(x 1, y 1 ),

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES. y = ax + b. a i b to współczynniki funkcji, które mają wartości liczbowe

Algorytm 2.1. Rys Czy zupa jest słona? Przygotuj. Gotowe danie START. Przepis... STOP NIE TAK

Egzamin ustny z matematyki semestr II Zakres wymaganych wiadomości i umiejętności

ZAGADNIENIA NA EGZAMIN POPRAWKOWY Z MATEMATYKI W KLASIE II TECHNIKUM.

Dział I FUNKCJE I ICH WŁASNOŚCI

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Algebra liniowa. Macierze i układy równań liniowych

Wymagania edukacyjne z matematyki

4. Postęp arytmetyczny i geometryczny. Wartość bezwzględna, potęgowanie i pierwiastkowanie liczb rzeczywistych.

FUNKCJA LINIOWA. Zadanie 1. (1 pkt) Na rysunku przedstawiony jest fragment wykresu pewnej funkcji liniowej y = ax + b.

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki w roku szkolnym 2018/2019 klasa 1 TLog

12.Rozwiązywanie równań i nierówności liniowych oraz ich układów.

Przedmiotowy system oceniania z matematyki klasa I i II ZSZ 2013/2014

NAJWIEKSZY INTERNETOWY ZBIÓR ZADAŃ Z MATEMATYKI FUNKCJE KWADRATOWE PARAMETRY

FUNKCJA KWADRATOWA. Wykresem funkcji kwadratowej jest parabola o wierzchołku w punkcie W = (p, q), gdzie

Funkcje elementarne. Ksenia Hladysz Własności 2. 3 Zadania 5

Równania wielomianowe

Funkcja liniowa i prosta podsumowanie

Metody numeryczne. Janusz Szwabiński. nm_slides.tex Metody numeryczne Janusz Szwabiński 2/10/ :02 p.

Wymagania eduka cyjne z matematyki

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Transkrypt:

W wielu obliczeniach w matematyce bądź fizyce wykonanie niektórych kroków zależy od spełnienia warunku. Nie wolno dzielić przez zero i należy sprawdzić, czy dzielna nie jest równa zeru. W dziedzinie liczb rzeczywistych nie jest możliwe wyznaczenie pierwiastka z liczby ujemnej. Zabezpieczenia polegające na sprawdzaniu warunków mają szczególnie istotne znaczenie w obliczeniach komputerowych. Komputery nie widzą i nie odróżniają dobrych od złych danych. W algorytmach, których jedną z cech ma być niezawodność musimy umieć zabezpieczać się przed niedozwolonymi działaniami. Przykładem algorytmu obliczeń, które zależą od spełnienia pewnych warunków jest rozwiązanie równania kwadratowego. Skorzystamy z najczęściej stosowanych wzorów na pierwiastki tego równania (nazywana jest ona czasami algorytmem delty ). Wykorzystamy również wzory Viete a. Dla tego przypadku utworzymy algorytm, który jest poprawny dla obliczeń komputerowych. 1

Równanie kwadratowe zapisuje się najczęściej w postaci: ax 2 + bx + c = 0 Danymi są trzy liczby: a, b i c -współczynniki trójmianu. Zakładamy, że a jest różne od zera. W przeciwnym wypadku mamy do czynienia z równaniem pierwszego stopnia. Pierwiastki równania kwadratowego wyznacza się w algorytmie delty z następujących wzorów: x 1 = (-b- )/2a x 2 = (-b- )/2a gdzie =b 2-4ac Potrafimy obliczyć z tych wzorów pierwiastki równania wtedy, gdy można wykonać wszystkie działania występujące w tych wzorach. Dwa z nich są obwarowane warunkami: dzielić można tylko przez liczbę różną od zera, rzeczywisty pierwiastek kwadratowy istnieje jedynie wtedy, gdy liczba podpierwiastkowa jest nieujemna. Jeśli <0 to równanie nie ma pierwiastków. Jeśli =0 to oba pierwiastki są sobie równe. 2

Algorytm rozwiązywania równania kwadratowego Dane: Współczynniki a, b, c Wyniki: Pierwiastki równania, jeśli dane współczynniki rzeczywiście określają równanie kwadratowe i równanie to ma pierwiastki. Krok 1. Jeśli a=0 wypisz komunikat, że nie jest to równanie kwadratowe i zakończ pracę. Krok 2. Oblicz wartość wyróżnika =b 2-4ac Krok 3. Jeśli <0 to wypisz komunikat, że równanie kwadratowe nie ma pierwiastków i zakończ działalność. Krok 4. Jeśli =0 to oblicz oba pierwiastki z tego samego wzoru x 1 =x 2 =-b/2a, wypisz ich wartość i zakończ algorytm. Krok 5. {w tym przypadku >0 }. Oblicz pierwiastki x 1 i x 2, wypisz ich wartości i zakończ działanie programu. 3

Rozwiążmy równanie kwadratowe o następujących współczynnikach podanych z czterema cyframi znaczącymi: a=1 b=-6.4333 c=0.009474 Ponieważ współczynniki dane są z czterema cyframi znaczącymi będziemy prowadzić obliczenia w ten sposób, że każdy wynik pośredni będzie zaokrąglany do czterech cyfr. Zaokrąglenie do czterech cyfr oznacza obcięcie cyfr począwszy od piątej i dodanie do czwartej 1 gdy pierwsza odrzucona cyfra jest większa lub równa 5. Wyniki obliczeń są następujące: =41.31 x 1 =0.0015 x 2 =6.43 Dokładna wartość pierwszego pierwiastka wynosi 0.001473. Otrzymany wynik ma tylko jedną taką samą cyfrę. Popełniliśmy błąd 1.83%. 4

Obliczenia komputerowe nie zawsze gwarantują otrzymanie dokładnych wyników. Znalezienie dokładnego rozwiązania może stanowić dla programu poważny problem. Niektóre obliczenia komputerowe wykonywane według matematycznych wzorów wymagają analizy, zanim je oprogramujemy. Skąd wzięła się niedokładność w naszych obliczeniach? Wartość iloczynu 4ac = 0.03790 jest mała w stosunku do wielkości b 2 = 41.38 Oznacza to, że wartość wyróżnika = 41.34 jest w przybliżeniu równa b 2, a więc wartość pierwiastka kwadratowego z delty 6.430 jest bliska bezwzględnej wartości b równej 6,433. Jeśli współczynnik b jest ujemny to przy obliczaniu wartości pierwiastka x 1 odejmowane są od siebie dwie bliskie sobie liczby. (Jeśli współczynnik b jest ujemny to przy obliczaniu wartości pierwiastka x 1 odejmowane są od siebie dwie bliskie sobie liczby.) Algorytm, który wykazuje opisaną wyżej własność dla niektórych danych nazywa się algorytmem niestabilnym. 5

Opisana powyżej niedogodność pomagają usunąć wzory Viete a: x 1 + x 2 = -b/a x 1 x 2 = c/a Zmodyfikowane postępowanie będzie polegało na: obliczeniu wartości jednego z pierwiastków za pomocą algorytmu delty, wyznaczeniu drugiego z pierwiastków ze wzorów Viete a na iloczyn pierwiastków. W algorytmie delty wybieramy obliczanie tego z pierwiastków, w którym występuje w liczniku dodawanie dwóch liczb o tych samych znakach. Wybór ten zależy od współczynnika b: jeśli b<0 to wybieramy x 2, w przeciwnym przypadku wybieramy x 1. 6

procedure RownanieKwadratowe (a, b: Real; var Del: Boolean; var x1, x2: Real); var Delta, p, q : Real; begin p:=b/a; q:=c/a; Delta:=p*p-4*q; Del:=(Delta>=0); if Del then begin Delta:=Sqrt(Delta); if p<0 then begin x2:=(-p-delta)/2; x1:=q/x2 end {p<0} else begin x1:=(-p-delta)/2; x2:=q/x1 end {p>=0} end {Del} end; {RownanieKwadratowe} 7

Rozwiązywanie równania liniowego Jednym z najprostszych zadań geometrycznych jest wyznaczanie punktów, w których prosta przecina osie układu współrzędnych. Ogólne równanie takiej prostej zwane równaniem liniowym ma postać: ax + by = c Jeśli wszystkie współczynniki są różne od zera, to punktami przecięcia są: przecięcie z Ox: y=0 - ax=c skąd mamy (c/a, 0), przecięcie z Oy: x=0 - (0, c/b). Jeżeli dokładnie jeden ze współczynników jest równy zeru: Jeżeli a=0 to y=c/b dla wszystkich wartości y (prosta przechodzi przez punkt (0,c/b) i jest równoległa do Ox. Jeżeli b=0 to prosta jest równoległa do osi rzędnych i przechodzi przez punkt (c/a,0) na osi Ox. Jeżeli c=0 to równanie przyjmuje postać ax=-by i prosta przecina osie współrzędnych w początku układu, czyli w punkcie (0,0). Pozostałe przypadki pomijamy 8

Rozwiązywanie układu dwóch równań liniowych Rozważmy rozwiązanie układu dwóch równań liniowych: ax + by =c dx + ey = f Rozwiązanie jest poszukiwaniem takiego punktu (x,y), dla którego każde z równań jest spełnione. Jest to punkt przecięcia prostych. Układ nie będzie miał rozwiązań, gdy proste będą do siebie równoległe. Rozwiązanie układu uzyskane metodą podstawienia ma postać: x=(ce-bf)/w y=(af-cd)/w gdzie w=ae-db (jest to wyznacznik układu równań). Wzory na rozwiązanie układu dwóch równań są szczególnymi przypadkami: metody znajdywania rozwiązań układów liniowych o dowolnej liczbie niewiadomych zwanej metodą eliminacji Gaussa, wzorów Cramera wyrażających rozwiązanie układu równań liniowych poprzez wartości odpowiednich wyznaczników układu. 9

Przykład liczbowy: a=3.000, b=4.127, c=15.41, d=1.000, e=1.374, f=5.147. Rozwiązaniem tego układu są: x=13.66, y=-6.2 Wartość wyznacznika układu wynosi w=-0.005. Jest to wielkość bardzo mała w porównaniu do wartości współczynników układu. Przy rozwiązywaniu układu równań dochodzi do utraty dokładności obliczeń na skutek dzielenia dużej liczby przez liczbę stosunkowo małą. Dla rozwiązywania układów równań liniowych nie można podać algorytmu odpornego na błędy zaokrągleń. Jest to bowiem problem źle uwarunkowany, niestabilny. 10

W algorytmach należy zabezpieczać się przed wykonywaniem zabronionych działań przez sprawdzanie odpowiednich warunków. Źródłem niedokładności w obliczeniach komputerowych jest najczęściej wykonywanie obliczeń na liczbach. Których różnica wartości bezwzględnych jest bardzo duża bądź bardzo mała. Przykładami obliczeń, w których to zjawisko występuje są takie elementarne zadania, jak rozwiązanie równania kwadratowego lub układu dwóch równań liniowych. W przypadku algorytmu rozpadającego się na wiele ścieżek musimy zachować dużą precyzję, by nie pominąć żadnego przypadku. 11

12