TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

Like dokumenter
Lineære ligningssystemer. Forelesning, TMA4110 Torsdag 17/9. Lineære ligningssystemer (forts.) Eksempler

Lineære ligningssystem og matriser

f (x) = a 0 + a n cosn π 2 x. xdx. En gangs delvisintegrasjon viser at 1 + w 2 eixw dw, 4 (1 + w 2 ) 2 eixw dw.

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Lineære ligningssystem; Gauss-eliminasjon, Redusert echelonmatrise

(3/2)R 2+R 3 R 1 +R 2,( 2)R 1 +R 3 ( 2)R 1 +R 4 6/5R 3 +R 4 1/5R 3

1. Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A = 2 1 A =

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

MA2501 Numeriske metoder

MA2501 Numeriske metoder

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

TMA4115 Matematikk 3 Vår 2017

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

LP. Leksjon 6: Kap. 6: simpleksmetoden i matriseform, og Seksjon 7.1: følsomhetsanalyse

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

Homogene lineære ligningssystem, Matriseoperasjoner

Obligatorisk innleveringsoppgave, løsning Lineær algebra, Våren 2006

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Lineære likningssett.

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

Fasit MAT102 juni 2016

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, V08

Numerisk lineær algebra

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

1 Oppgave 1 Skriveoppgave Manuell poengsum. 2 Oppgave 2 Code editor Manuell poengsum. 3 Oppgave 3 Skriveoppgave Manuell poengsum

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

TMA4135 Matematikk 4D Kompendium i numerikk. Eirik Refsdal

RF5100 Lineær algebra Leksjon 2

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

MA2501 Numeriske metoder

Hvorfor er lineær algebra viktig? Linear

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Eksamen TMA desember 2009

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

UNIVERSITETET I OSLO

Gauss-Jordan eliminasjon; redusert echelonform. Forelesning, TMA4110 Fredag 18/9. Reduserte echelonmatriser. Reduserte echelonmatriser (forts.

Elementære eliminasjonsmatriser

Lineære likningssystemer og matriser

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

UNIVERSITETET I OSLO

LP. Leksjon 5. Kapittel 5: dualitetsteori. motivasjon det duale problemet svak og sterk dualitet det duale til LP problemer på andre former

Lineære likningssystemer

MA2501 Numeriske metoder

L(t 2 ) = 2 s 3, 2. (1. Skifteteorem) (s 2) 3. s 2. (Konvolusjonsteoremet) s 2. L 1 ( Z. = t, L 1 ( s 2 e 2s) = (t 2)u(t 2). + 1

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Fasit til eksamen i emnet MAT102 - Brukerkurs i matematikk II Mandag 21.september 2015

Newtons metode. Gitt f(x) slik at f(a)f(b) < 0, Newtons metode genererer en følge {x k }, hvor. (Newton Raphson) x k+1 = x k f(x k) f (x k )

TDT4110 IT Grunnkurs Høst 2012

x n+1 = x n f(x n) f (x n ) = x n x2 n 3

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Mandag 6. juni 2011 løsningsforslag

MA2501 Numerical methods

Løsningsforslag. og B =

Vektorligninger. Kapittel 3. Vektorregning

TMA4123M regnet oppgavene 2 7, mens TMA4125N regnet oppgavene 1 6. s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s.

x(x 1)(x 2) p(x) = 3,0 1( 1 1)( 1 2) Newtons interpolasjonsformel: Tabellen over dividerte differenser er gitt ved

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

Newtons metode for system av ligninger

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

y(x) = C 1 e 3x + C 2 xe 3x.

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Matriseoperasjoner. E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag. September 22, 2009

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

= x lim n n 2 + 2n + 4

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

UNIVERSITETET I OSLO

12 Projeksjon TMA4110 høsten 2018

=cos. =cos 6 + i sin 5π 6 = =cos 2 + i sin 3π 2 = i.

Løsning Eksamensrelevante oppgaver i ELE 3719 Matematikk Vektorer, matriser og lineær algebra Dato Februar Oppgave 1. (A) Vi leser av at

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK (TMA4215)

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Fredag 4. desember 2009 løsningsforslag

MET Matematikk for siviløkonomer

Eksamensoppgave i TMA4122,TMA4123,TMA4125,TMA4130 Matematikk 4N/M

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

EKSAMEN I EMNET MAT160 Beregningsalgoritmer 1 Mandag 12 februar 2007 LØSNINGSFORSLAG

Lineær algebra-oppsummering

3.9 Teori og praksis for Minste kvadraters metode.

EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I EMNET Løsning: Mat Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 2015 Tid: 09:00 14:00

Som vanlig er enkelte oppgaver kopiert fra tidligere års løsningsforslag. Derfor kan notasjon, språk og stil variere noe fra oppgave til oppgave.

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) 1 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) = 1 s 2 1 s s 2 e s.

Løsning ved iterasjon

Oppgaver i funksjonsdrøfting

UNIVERSITETET I OSLO

MET Matematikk for siviløkonomer

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

Transkript:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag TMA4122/TMA410 Matematikk 4M/4N Høsten 2010 1 Oppgave: Løs følgende ligningssystemer ved hjelp av Gauss-eliminasjon med delvis pivotering. Hvis du ikke finner noen løsning (eller mer enn én løsning), forklar hvorfor. Kontroller løsningen ved innsetting. Du kan/bør selvsagt så sjekke svaret i MATLAB. x 1 x 2 + 2x = 2 2x 1 + x 2 x = 2 4x 1 x 2 + 2x = 1 (1) 2x 1 + 5x 2 + 7x = 25 5x 1 + 7x 2 + 2x 2 = 4 x 1 + 22x 2 + 2x = 71 Løsning, system (1): I dette tilfellet pivoterer vi siden koeffisienten foran x 1 i den tredje ligningen har den største absoluttverdien i forhold til de tilsvarende koeffisientene i de andre ligningene. Vi setter i stedet 4 1 2 1 2 1 1 2 1 1 2 2 eliminerer x 1 fra ligning 2 : 4 1 2 1 0 1/2 0 /2 0 /4 /2 7/4 Den tredje ligningen har nå høyere koeffisient foran x 2 -leddet, så vi bytter dem om: 4 1 2 1 0 /4 /2 7/4 0 1/2 0 /2 eliminerer x 2 fra ligning : 4 1 2 1 0 /4 /2 7/4 0 0 1 2/6 Vi tilbakesubstituerer får løsningen: x = 2/6, x 2 = 4/( 7/4 (/2)x ) = 7/ + 4/6 = 18/6 =, x 1 = 1/4( 1 + x 2 2x ) = 1/. (2) 5. november 2010 Side 1 av 7

Løsning, system (2): Vi skal løse ligningssystemet 2x 1 + 5x 2 + 7x = 25 5x 1 + 7x 2 + 2x = 4 x 1 + 22x 2 + 2x = 71 ved Gausseliminasjon. I dette tilfelle pivoterer vi siden koeffisienten foran x 1 i den andre ligningen har den største absoluttverdien i forhold til de tilsvarende koeffisientene i de andre ligningene. Vi setter i stedet 2 5 7 25 1 22 2 71 0 7.8 7.8 2.4 0 2.4 2.4 70.2 Den tredje ligningen har nå høyere koeffisient foran x 2 -leddet, så vi bytter dem om: 0 2.4 2.4 70.2 0 7.8 7.8 2.4 0 2.4 2.4 70.2 0 0 0 0 Siden vi bare har to lineært uavhengige ligninger tre variable, betyr det at vi vil få uendelig mange løsninger; en løsning som avhenger av en reell variabel a. Vi setter x = a, tilbakesubstituerer. Vi får: Tilsammen blir dette: når a er en reell variabel. x 2 = a x 1 = 5 a. x 1 = 5 a x 2 = a x = a, 2 Oppgave: Finn LU-faktoriseringen (Doolittle) av matrisa A = 2 1 5 2 1 1 5. november 2010 Side 2 av 7

Bruk dette til å løse ligningene med b gitt ved henholdsvis 2.7 7.9 1.1 Ax = b 2.1 7.2 6. Vi vil finne koeffisientene m i,j u i,j slik at 2 1 1 0 0 u 1,1 u 1,2 u 1, 5 2 = m 2,1 1 0 0 u 2,2 u 2, 1 1 m,1 m,2 1 0 0 u, Vi tar en rad (fra den øverste til den nederste) en kolonne (fra venstre til høyre) av gangen. Vi får 1.rad: u 1,1 =, u 1,2 = 2, u 1, = 1 2.rad: 1.kolonnet: 5 = m 2,1 u 1,1 m 2,1 = 5 2.kolonnet: = m 2,1 u 1,2 + u 2,2 u 2,2 = 1.kolonnet: 2 = m 2,1 u 1, + u 2, u 2, = 11.rad: 1.kolonnet: 1 = m,1 u 1,1 m,1 = 1 2.kolonnet: 1 = m,1 u 1,2 + m,2 u 2,2 m,2 = 5.kolonnet: = m,1 u 1, + m,2 u 2, + u, u, = 15 Vi får 1 0 0 2 1 L = 5 1 0 U = 0 1 11 1 5 1 0 0 15 Vi løser nå ligningen for den første b-vektoren. Første steg er da å løse Ly = b, dvs. 1 0 0 y 1 2.7 5 1 0 y 2 = 7.9 1 5 1 y 1.1 Vi får y 1 = 2.7, y 2 = 7.9 5 y 1 = 12.4 y = 1.1 + 1 y 1 + 5y 2 = 48. Løsningen x til Ax = b er gitt ved Ux = y eller 2 1 x 1 2.7 0 1 11 x 2 = 12.4 0 0 15 x 48 5. november 2010 Side av 7

Dermed, x = 16 5 x 2 = (12.4 11 x ) = 2 x 1 = 1 ( 2.7 2x 2 + x ) = 1.5. Løsningen for den første b-vektoren er x = [1.5, 2, 16/5] t Vi løser nå ligningen for den andre b-vektoren. Første steg er da å løse Ly = b, dvs. 1 0 0 y 1 2.1 5 1 0 y 2 = 7.2 1 5 1 y 6. Vi får y 1 = 2.1, y 2 = 7.2 5 y 1 = 10.7 y = 6. + 1 y 1 + 5y 2 = 46.5. Løsningen x til Ax = b er gitt ved Ux = y eller Dermed, 2 1 x 1 2.1 0 1 11 x 2 = 10.7 0 0 15 x 46.5 x = 46.5 15 =.1 x 2 = (10.7 11 x ) = 2 x 1 = 1 ( 2.1 2x 2 + x ) = 1. Løsningen for den andre b-vektoren er x = [ 1, 2,.1] t. Gjør iterasjonene som antydes i slutten av eksempel 2, kap 19.2. Lag en skisse tilsvarende figur 424. 5. november 2010 Side 4 av 7

x 0 = 1 x 0 = 0.5 x 0 = 2 0 0.875-7 1 0.0078 44 0 0.96407-4070758 1 0.104054 6.75 10 22 0 0.99887 stort tall 1 0.00761 stort tall 0 0.999999 stort tall Figur 1: Figur til oppgave 19.2.2 5. november 2010 Side 5 av 7

4 Oppgave: Kap. 19.2. Hvorfor oppnår vi en monoton følge i eksempel 1, men ikke i eksempel 2. (Har du glemt hva en monoton følge er, slå opp i stikkordsregisteret bakerst i boka). x er en økende funksjon. I eksempel 1 er g(x) en økende funksjon i eksempel 2 er g(x) avtagende. Se på figurene i boken. 5 Oppgave: Finn en tilærmelse til løsningen av den ikke-lineære ligningen ved hjelp av iterasjoner med Newton s metode. Sekantmetoden. x 2 + e x 1 = 0 Bruk x 0 = 1 som startverdi, for sekantmetoden velger du x 1 selv. Regn ut residualet for x i begge tilfellene. For den ikkelineære ligningen x 2 + e x 1 = 0 har vi f(x) = x 2 + e x 1, f (x) = 2x + e x Newtons iterasjon er x n+1 = x n f(x n )/f (x n ). Siden x 0 = 1 får vi x 1 = 1 1 + e 1 1 2 + e 1 = 0.7746, x 2 = 0.7186 x = 0.7146. Residualet er f(x ) = 2.0604 10 5. Sekantmetoden er x n x n 1 x n+1 = x n f(x n ) f(x n ) f(x n 1 ). Vi har x 0 = 1, vi velger x 1 nært x 0 for å få en god tilnærming for den deriverte, si x 1 = 0.9. Da får vi x 2 = 0.9 ( ( 0.9) 2 + e 0.9 1 ) 0.9 + 1 ( 0.9) 2 + e 0.9 1 (1 + e 1 1) 0.7569, x = 0.7569 ( ( 0.7569) 2 + e 0.7569 1 ) 0.7569 + 0.9 ( 0.7569) 2 + e 0.7569 1 ((0.9) 2 + e 0.9 1) 0.7225, Residualet er f(x ) = f( 0.7225) 7.54 10 5. november 2010 Side 6 av 7

6 Oppgave: Eksempel på mulig eksamensoppgave i MATLAB for TMA4122. Forklar hva følgende MATLAB-skript gjør, det vil si hvilken numerisk algoritme som er implementert her, hvilket problem som løses. Skriv så ned de første linjene av utskriften fra skriptet. g = @(x) exp(-x); x = 0.5 Nit = 10; for n=1:nit x = g(x) end Algoritmen som er implementert, x n+1 = g(x n ), er fikspunkt-iterasjon (fixed-point iteration) for løsing av ligninger. Problemet som løses er e x x = 0, startverdien er x 0 = 0.5, det gjøres 10 iterasjoner. De tre første linjene av utskriften er: x=0.5000 x=0.6065 x=0.5452 5. november 2010 Side 7 av 7