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

Like dokumenter
TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Fasit MAT102 juni 2016

Oblig 1 - vår 2015 MAT1012

NTNU Institutt for matematiske fag. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 8. Oppgave 1. Oppgave 2

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

1 dx cos 1 x =, 1 x 2 sammen med kjerneregelen for derivasjon. For å forenkle utregningen lar vi u = Vi regner først ut den deriverte til u,

Løsningsforslag: Eksamen i Brukerkurs for informatikere MA 0003, onsdag 30. november 2005

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 n x 1 n x 2 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 x 2 n n x 1 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

x 3 x x3 x 0 3! x2 + O(x 7 ) = lim 1 = lim Denne oppgaven kan også løses ved hjelp av l Hôpitals regel, men denne må da anvendes tre ganger.

TDT4110 IT Grunnkurs Høst 2012

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

Fasit eksamen i MAT102 4/6 2014

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Numerisk integrasjon

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

Nicolai Kristen Solheim

Prøve i Matte 1000 ELFE KJFE MAFE 1000 Dato: 02. desember 2015 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

= (2 6y) da. = πa 2 3

Newtons metode er en iterativ metode. Det vil si, vi lager en funksjon. F x = x K f x f' x. , x 2

= x lim n n 2 + 2n + 4

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

UNIVERSITETET I OSLO

Matematikk 1000, 2012/2013. Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 7 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 4 Innleveringsfrist Fredag 11. mars 2016 Antall oppgaver: Løsningsforslag

Fasit, Kap : Derivasjon 2.

9 + 4 (kan bli endringer)

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

Repetisjon i Matematikk 1: Derivasjon 2,

Litt om numerisk integrasjon og derivasjon og løsningsforslag til noen ekstraoppgaver MAT-INF 1100 uke 48 (22/11-26/11)

Viktig informasjon. Taylorrekker

I = (x 2 2x)e kx dx. U dv = UV V du. = x 1 1. k ekx x 1 ) = x k ekx 2x dx. = x2 k ekx 2 k. k ekx 2 k I 2. k ekx 2 k 1

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

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

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK (TMA4215)

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

Vi regner først ut de nødvendige partiellderiverte for å se om vektorfeltet er konservativt. z = 2z, F 2 F 2 z = 2y, F 3. x = 2x, F 3.

a) Ved numerisk metode er det løst en differensiallikning av et objekt som faller mot jorden. Da, kan vi vi finne en tilnærming av akselerasjonen.

1. (a) Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A =

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Løsningsforslag til underveisvurdering i MAT111 vår 2005

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Derivasjon ekstremverdier Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Høgskolen i Oslo og Akershus. = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) e 2x + x 2 ( e 2x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

UNIVERSITETET I OSLO

Matematikk Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 6 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I BERGEN

Eksamensoppgave i TMA4125 BARE TULL - LF

LØSNING, KOMMENTAR & STATISTIKK

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Viktig informasjon. Taylorrekker

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

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

MA1102 Grunnkurs i Analyse II Vår 2015

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

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

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

arbeid - massesenter - Delvis integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

a) f(x) = 3 cos(2x 1) + 12 LF: Vi benytter (lineær) kjerneregel og får f (x) = (sin(7x + 1)) (sin( x) + x) sin(7x + 1)(sin( x) + x) ( sin(x) + x) 2 =

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 2. september 2011

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

EKSAMEN Løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

6 Numeriske likningsløsere TMA4125 våren 2019

x 2 2 x 1 =±x 2 1=x 2 x 2 = y 3 x= y 3

UNIVERSITETET I OSLO

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9. Løsningsforslag

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

Høgskolen i Oslo og Akershus. i=1

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1100, H-14 DEL 1

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2008

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

Transkript:

TMA4 Høst 26 Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag 4.2.8 Vi setter f(x) = x 2 3. Da blir f (x) = 2x, og iterasjonen blir f (x n ) = x n x2 n 3 2x n () Siden vi har en kamerat som er Norges nest fremste ubåtelektriker, husker vi at 3.7, og vi tar derfor dette som vår kvalifiserte gjetning x. Bruk av iterasjonen over, gir tabellen x :.7 x :.7323529476477 x 2 :.732583395993 x 3 :.7325875688774 x 4 :.7325875688772 x 5 :.7325875688774 x 6 :.7325875688772 Det ser ut som om iterasjonene har stabilisert seg, og vi kan si at 3.732587568877. En vanlig laptop gjør, med mindre annet blir spesifisert, beregninger med 6 desimalers presisjon, og den siste desimalen får vi altså ikke informasjon om. 4.2.4 Vi prøver først å finne ut hvor mange løsninger som finnes. Observer at både cos x og x 2 er like funksjoner. Det følger at dersom x er en løsning, det vil si at cos x = x 2, så er også x en løsning. Videre vet vi at x 2 > når x >, og at cos x for alle x. Altså må alle løsninger ligge i intervallet x. La f(x) = cos x x 2. Vi ønsker å bestemme alle x slik at f(x) =. Vi har at f (x) = sin x 2x. Det vil si at f(x) < for x (, ], slik at f(x) er synkende her. Altså kan det bare være en løsning på dette intervallet. Endepunktet på intervallet, x =, er åpenbart ikke riktig løsning. Vi konkluderer analysen vår med at det finnes akkurat to løsninger, en i intervallet (, ] og en i intervallet [, ). Vi bruker så Newtons metode (side 224 i boka), til å bestemme roten i intervallet (, ]. I vårt eksempel får vi at f (x n ) = x n cos x n x 2 n = x n + cos x n x 2 n. sin x n 2x n sin x n + 2x n 7. november 26 Side av 5

Som startpunkt bruker vi midtpunktet, x =, 5, men andre punkter vil også fungere. Vi utfører første iterasjon, og får x = x + cos x x 2 cos, 5, 52 =, 5 +, 9242692729398, 924. sin x + 2x sin, 5 + 2, 5 Ved å iterere videre (husk å ta med alle desimaler i x n når du regner ut x n+ ), får vi følgende resultat:,5 6, 28,9242692729398 2, 52 2,829575599748, 9 2 3,82446372895 3, 29 5 4,82432324992 2, 56 5,824323232522, 6 6,824323232522, 6 Fem iterasjoner er altså nok for å nå maskinpresisjon ( 6 ). De to løsningene er x = ±, 824323232522. 4.2.8 Vi skal finne maksimum og minimum for funksjonen g(x) = sin x + x 2. Sinus er en oscillerende funksjon mellom og, så vi kan forvente mange lokale maksimum og minimum for g(x). Samtidig er nevneren + x 2 monotont økende, slik at vi forventer at globalt maksimum må være det lokale maksimumet som ligger nærmest x =, og tilsvarende for det globale minimumet. Vi merker oss også at g(x) er definert for alle x R. For å finne kandidater til maksimum og minimum, regner vi først ut den deriverte, g (x) = ( + x2 ) cos x sin x 2x ( + x 2 ) 2. Vi ser at g (x) = når telleren er null. Vi ønsker altså å finne røtter til funksjonen f(x) = ( + x 2 ) cos x 2x sin x. For å løse f(x) = bruker vi Newtons metode, Den deriverte til f(x) er gitt ved f (x n ). f (x) = 2x cos x + ( + x 2 )( sin x) (2 sin x + 2x cos x) = ( + x 2 ) sin x 2 sin x = (3 + x 2 ) sin x. På tilsvarende måte som i forrige oppgave itererer vi oss frem til løsningen. Merk at vi ikke kan velge x =, siden f () =. Vi velger derfor x =, i første omgang (husk at vi vet at globalt maksimum og minimum ligger nært null). 7. november 26 Side 2 av 5

, 6, 2, 824637967654 6, 9 2 2, 798386444825249 9, 5 4 3, 79878586654 2, 45 7 4, 7986998423763, 6 4 5, 798699842372 2, 22 6 Deretter prøver vi x =,., 6, 2, 824637967654 6, 9 2 2, 798386444825249 9, 5 4 3, 79878586654 2, 45 7 4, 7986998423763, 6 4 5, 798699842372 2, 22 6 Vi evaluerer så g i disse to punktene: g(, 798699842372), 437, g(, 798699842372), 437. Vi konkluderer med at maksimum til g er, 437 og minimum er, 437. Det at minimumspunktet er lik minus maksimumspunktet, er ikke tilfeldig. Dette følger av at at sin x og + x 2 er henholdsvis odde og like funksjoner, slik at også g(x) er odde. 6.6.5 Me bruker trapesmetoden, sjå side 37 i boka, først med fire delintervall. Derfor deler me integrasjonsintervallet [, 9] inn i delintervall av lengde h = 2 og les av funksjonsverdien i endepunkta av delintervalla for å finna ei tilnærming av integralet. T 4 = h 2 f() + f(3) + f(5) + f(7) + ] 2 f(9) = 2 2 (3) + 5 + 8 + 7 + ] 2 (3) = 46. For å finna tilnærminga T 8 gjer me tilsvarande med halvparten så store intervall. T 8 = 2 (3) + 3, 8 + 5 + 6, 7 + 8 + 8 + 7 + 5, 2 + ] 2 (3) = 46, 7. 6.6.6 Vi bruker midtpunktsmetoden (The Midpoint Rule, side 372 i boka), og deler integrasjonsintervallet, [, 9], opp i n = 8 intervaller med størrelse h =. Midtpunktene 7. november 26 Side 3 av 5

i hvert intervall er da gitt som m j = 2 + j, for j =, 2,..., 8. Vi leser av funksjonsverdien i midtpunktene fra figuren så nøyaktig som mulig. Da har vi at 9 f(x) M 8 = h 8 f(m j ) j= (3, 4 + 4, 3 + 5, 8 + 7, 5 + 8, 2 + 7, 6 + 6, 2 + 4, ) = 47,. 6.6.2 Me vil finna den faktiske feilen ved å bruka trapesmetoden med eitt delintervall for å tilnærma x2 dx. Den eksakte verdien av dette integralet er /3, medan T = 2 [ 2 + 2] = 2. Dermed vert feilen x 2 dx T = 3 2 = 6. Frå feilestimatet på side 373 i boka har ein b f(x) dx T n a K(b a)3 2n 2, der f (x) K på [a, b]. Sidan (x 2 ) = 2 har ein ved innsetjing i estimatet ovanfor at x 2 2( )3 dx T 2() 2 = 6. Dermed har me for dette integralet at feilestimatet er likt den faktiske feilen, som viser at ein ikkje kan forbetra konstanten 2 i estimatet. Det vil seia at denne ikkje kunne vore større, for då hadde feilestimatet vore mindre enn den faktiske feilen. 6.7.5 Me skal bruka Simpsons metode, sjå side 377 i boka, med åtte delintervall til å finna ei tilnærming av integralet i oppgåve 6.6.5. Ved å bruka funksjonsverdiane på endepunkta ein hadde for trapesmetoden T 8 i den oppgåva i uttrykket for S 8 finn ein S 8 = h [f() + 4f(2) + 2f(3) + 4f(4) + 2f(5) + 4f(6) + 2f(7) + 4f(8) + f(9)] 3 = 74 [3 + 4(3, 8) + 2(5) + 4(6, 7) + 2(8) + 4(8) + 2(7) + 4(5, 2) + 3] = 46, 93. 3 5 6.7. Me vil finna den faktiske feilen ved å bruka Simpsons metode med to delintervall for å tilnærma x4 dx. Den eksakte verdien av dette integralet er /5, medan [ S 2 = ( ) ] 4 4 + 4 + 4 = 5 6 2 24. Dermed vert feilen x 4 dx T = 5 5 24 = 2. 7. november 26 Side 4 av 5

Frå feilestimatet på side 378 i boka har ein b f(x) dx S n a K(b a)5 8n 4, der f (4) (x) K på [a, b]. Sidan (x 4 ) (4) = 24 har ein ved innsetjing i estimatet ovanfor at x 4 24( )5 dx S 2 8(2) 4 = 2. Dermed har me for dette integralet at feilestimatet er likt den faktiske feilen, som viser at ein ikkje kan forbetra konstanten 8 i estimatet. Det vil seia at denne ikkje kunne vore større, for då hadde feilestimatet vore mindre enn den faktiske feilen. 6.7.2 Vi evaluerer først integralet eksakt, x 3 dx = 4 x4 = 4. Vi anvender så Simpsons metode (Simpson s Rule, side 377 i boka) med n = 2 på intervallet [, ]. Det vil si at h = 2 og y i = x 3 i, for i =,, 2, der x =, x = 2 og x 2 =. Vi har da at Vi har altså vist at x3 dx = S 2. S 2 = h 3 (y + 4y + y 2 ) = h 3 (x3 + 4x 3 + x 3 2) ( = ( ) 3 + 4 + ) 6 2 = ( ) 6 2 + = 6 3 2 = 4. 7. november 26 Side 5 av 5