Øving 6 Tallfølger og differenslikninger



Like dokumenter
I denne øvingen vil vi sammenlikne det teoretiske resultat med et grafisk bilde av konturlinjene til flaten. Vi tegner konturene der

MAT 1001, Høsten 2009 Oblig 2, Løsningsforslag

Tangenten svarer til lineær approksimasjon av funksjonen. Likningen for tangenten finnes derfor fra 1. ordens Taylorutvikling:

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I


Chebyshev interpolasjon

Tallfølger er noe av det første vi treffer i matematikken, for eksempel når vi lærer å telle.

Velkommen til oversiktsforelesninger i Matematikk 1. med Jørgen Endal

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

Rungekuttametodene løser initialverdiproblemer på formen y' = F x, y, y x 0

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

Chebyshev interpolasjon

Tidligere eksamensoppgaver

Newtonpolynomer med senterpunkter x0, x1,..., xn-1

Simulering av differenslikninger

Taylor- og Maclaurin-rekker

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

Rekker, Konvergenstester og Feilestimat

Programmering i Java med eksempler

Løsningsforslag Eksamen M100 Våren 2002

Numerisk løsning av differensiallikninger Eulers metode,eulers m

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 )

Rekurrens. MAT1030 Diskret matematikk. Rekurrens. Rekurrens. Eksempel. Forelesning 16: Rekurrenslikninger. Dag Normann

Lær å bruke Microsoft Mathematics, Matematikk-tillegget i Word og WordMat. Av Sigbjørn Hals

og variasjon av parameterene Oppsummering.

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

x n+1 rx n = 0. (2.2)

MAT 100a - LAB 3. Vi skal først illustrerere hvordan Newtons metode kan brukes til å approksimere n-te roten av et positivt tall.

Underveiseksamen i MAT-INF 1100, 17. oktober 2003 Tid: Oppgave- og svarark

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i Kalkulus. Øyvind Ryan

UNIVERSITETET I OSLO

Uendelige rekker. Konvergens og konvergenskriterier

Diskretisering av 1D - varmelikningen

Figur 2: Fortegnsskjema for g (x)

Grunnleggende notasjon ℕ = 1, 2, 3, 4, 5, 6, ℤ =, 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3,

UNIVERSITETET I OSLO

Høgskolen i Oslo og Akershus. sin 2 x cos 2 x = 0, x [0, 2π) 1 cos 2 x cos 2 x = 0 2 cos 2 x = 1 cos 2 x =

FORELESNINGER I OPTIMAL KONTROLLTEORI (MAT 2310)

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

Nicolai Kristen Solheim

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

Løsningsforslag til underveiseksamen i MAT 1100

Emne 9. Egenverdier og egenvektorer

Programmering i Java med eksempler

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

Emne 11 Differensiallikninger

Løsningsforslag for Eksamen i MAT 100, H-03

6 Numeriske likningsløsere TMA4125 våren 2019

Nicolai Kristen Solheim

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 Vår 2013

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Test, 4 Differensiallikninger

Finne løsninger på ligninger numerisk: Newton-Raphson metoden og Fikspunktiterasjon MAT111, høsten 2017

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave Iterasjonen ser ut til å konvergere sakte mot null som er det eneste fikspunktet for sin x.

5.6 Diskrete dynamiske systemer

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

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

Taylorpolynom (4.8) f en funksjon a et punkt i definisjonsmengden til f f (minst) n ganger deriverbar i a Da er Taylorpolynomet til f om a

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

UNIVERSITETET I OSLO

<kode> Grunnleggende matematikk for ingeniører Side 1 av 5

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Eksamensoppgavehefte 2. MAT1012 Matematikk 2: Mer lineær algebra

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

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-04

3.1 Første ordens lineære difflikninger. y + f(x)y = g(x) (3.1)

UNIVERSITETET I OSLO

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Følger og rekker. Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. November 10, 2014

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

EKSAMEN I EMNET Mat Grunnkurs i Matematikk I - LØSNING Mandag 15. desember 2014 Tid: 09:00 14:00

Studentene skal kunne. gjøre rede for begrepene naturlige, hele, rasjonale og irrasjonale tall. skrive mengder på listeform

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

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Høgskolen i Agder Avdeling for realfag EKSAMEN

MAT Grublegruppen Uke 36

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

1 Mandag 1. februar 2010

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 15/11-19/11

Løsningsforslag. og B =

Sammendrag R mai 2009

UNIVERSITETET I AGDER

UNIVERSITETET I OSLO

1 OPPGAVE 2 OPPGAVE. a) Hva blir kontobeløpet den 2. januar 2040? b) Hvor mye penger blir det i pengeskapet den 2. januar 2040?

Løsningsforslag Øving 5 TMA4140 Diskret matematikk Høsten 2010

Difflikninger med løsningsforslag.

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

MAT1030 Forelesning 17

Konvergenstester Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

6.8 Anvendelser av indreprodukter

For en tid siden ble jeg konfrontert med følgende problemstilling:

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I 3MX-R2 (3MZ-S2), SPØRREUNDERSØKELSE AUGUST 2014

Potensrekker. Binomialrekker

Transkript:

Øving Tallfølger og differenslikninger Teori Se også Mathematicakompendiet kap. En tallfølge er en liste av elementer satt opp i en bestemt rekkefølge { a[0]a[]a[]...a[n]... } = {a[n]} 0. Vi kaller elementet a[n] for det generelle leddet i tallfølgen. Dersom lim a[n] = S sier vi at tallfølgen konvergerer mot S. Her er noen eksempler {I M = n 0 =9 = n 0 = 9 9 7......= konvergerer mot null. n {n < ÈÈ 0 = 8 8.....< divergerer da lim =. Av og til må du benytte l' Hopital' s regel for å bestemme grenseverdien. I eksemplet under forenkler du regningen ved å substituere u = Tallfølgen { I - cos M= lim u 0 - cos u u sin u u 0 u =lim = underveis men det er ikke nødvendig. konvergerer mot - CosB F ListPlotBTableB da lim I - cos M = lim - cos = 8 0<F PlotStyle 8PointSize@0.05D Red< PlotRange All Epilog 8Dashed Blue Thick Line@880 0.5< 80 0.5<<D<F 0.50 0.9 0.8 0.7 8 0 Vi ser at tallfølgen er monotont voksende og begrenset. Alle monotont voksende tallfølger som er begrenset ovenfra vil konvergere. Det samme gjelder alle monotont avtagende tallfølger som er nedtil begrenset. Men også ikke- monotone tallfølger kan konvergere:

Vi ser at tallfølgen er monotont voksende og begrenset. Alle monotont voksende tallfølger som er begrenset ovenfra vil konvergere. Det samme gjelder alle monotont avtagende tallfølger som er nedtil begrenset. Men også ikke- monotone tallfølger kan konvergere: Sin@D LimitB + F 8 0<F PlotStyle 8PointSize@0.05D Red< PlotRange All AesOrigin 80 0< Sin@D ListPlotBTableB + Epilog 8Dashed Blue Thick Line@880 < 80 <<D<F.5.0 0.5 0 0 0 0 Tallfølger kan defineres rekursivt : a@0d = a@nd = Vi finner a[] = a@n - D n =...... a@0d = a@d = Dette gir oss sekvensen 9 8 a@d = etc...... = = 9 n = 0 som konvergerer mot null. Clear@aD; a@0d = ; a@n_d := a@n - D Table@a@nD 8n 0 0<D ListPlot@Table@a@nD 8n 0 0<D PlotStyle 8PointSize@0.05D Red<D :.0 > 8 8 5 5 0 0.8 0. 0. 0. 8 0 Når tallfølgen er definert rekursivt snakker vi om en rekursjonsformel eller differenslikning gitt med initialbetingelser: a[n] - a@n - D = 0 a@0d =

Når tallfølgen er definert rekursivt snakker vi om en rekursjonsformel eller differenslikning gitt med initialbetingelser: a[n] - a@n - D = 0 a@0d = Mens løsningen av en differensiallikning er en eller flere kontinuerlige funksjoner vil løsningen av en differenslikning være et diskret sett av verdier i en tallfølge fordi argumentet bare kan være hele tall. Likningen uttrykker en sammenheng mellom det n - te ledd og et eller flere naboledd. Metoden for å løse en differenslikning er veldig lik metoden du kjenner fra løsninger av differensiallikninger. Med konstante koeffisienter vil vi også nå kunne benytte en karakteristisk likning. Hvis likningen er lineær vil den generelle løsning være en sum av enkeltløsninger. Koeffisientene i summen bestemmes av initialverdier. Eksempel på. ordens homogen differenslikning. a@nd a@n - D = 0 a@0d = H*L Dette er en første ordens homogen lineær differenslikning med konstante koeffisienter. Løsningen er en tallfølge der første ledd er a[0] =. Vi ønsker å finne det generelle leddet a[n]. Siden koeffisientene er konstante må løsningen ha formen a[n] = r n. ( Sammenlikning med y() = ãr for differensiallikninger). Vi setter vår prøveløsning inn i (*) og faktoriserer: rn - r n- = 0 r n- I r - M = 0 Da rn- ¹ 0 får vi den karakteristiske likning: gen er av.orden. Løsningen er lett å finne: r Vår generelle løsning må derfor være a@nd = a@0d =. Dette gir C =. r - =. n CI M. = 0. Denne er av.grad siden differensliknin- Konstanten C bestemmes av initialkravet Løsning på initialverdiproblemet (*) blir derfor a@nd = I M = tallfølgen {... n-.....>. Da lim n- n n-. Dette er det generelle leddet i = 0 sier vi at tallfølgen konvergerer mot 0. I Mathematica kan oppgaven løses slik : Clear@aD sol = RSolveB:a@nD 99aHnL -n == a@n - D == 0 a@0d == > a@nd nf Løsningen er som vanlig gitt som en tilordningsregel. Denne har jeg kalt sol. Vi ekstraherer løsningen fra denne regelen : a@n_d = a@nd. First@solD -n Ønsker du et utvalg av tallfølgen bruker du Table - kommandoen : Table@a@nD 8n 0 8<D : > 8 8 Vil du se resultatene grafisk kan du tegne et listelpott.

ListPlot@Table@a@nD 8n 0 8<D PlotStyle 8PointSize@0.05D Red< Filling AisD.0.5.0 0.5 8 Eksempel på. ordens homogen differenslikning. a@nd - 5 a@n - D + a@n - D = 0 a@0d = a@d = - H**L Dette er en annen ordens homogen lineær differenslikning med konstante koeffisienter siden det nte leddet avhenger av de to foregående ledd. Vi ønsker å finne det generelle leddet a[n] i tallfølgen. Siden koeffisientene er konstante må løsningen ha formen a[n] = r n. Vi setter vår prøveløsning inn i (*) og faktoriserer: r n - 5 r n- + r n- = 0 r n- I r - 5 r + M = 0 Da rn- ¹ 0 får vi den karakteristiske likning: r - 5 r + = Hr - L Hr - L = 0. Vi får to løsninger siden vi har en.ordens differenslikning. Det er lett å se parallelllen til løsninger av. ordens differensiallikninger med konstante koeffisienter. Vår generelle løsning må derfor være a@nd = C n + C n. Konstantene bestemmes av initialkravene: C + C = C + C = - Vi finner C = C = - Løsning på initialverdiproblemet (**) blir derfor a@nd = n - n = n+ - n+. I Mathematica kan oppgaven løses slik : Clear@aD sol = RSolve@8a@nD - 5 a@n - D + a@n - D == 0 a@0d == a@d - < a@nd nd First 9aHnL n+ - n+ = a@n_d = a@nd. sol n+ - n+ Denne tallfølgen vil divergere :

Table@a@nD 8n 0 8<D 8 - - -9-79 -0-9 -09-8 59< Eksempel på. ordens homogen differenslikning med multippel rot. a@nd - a@n - D + a@n - D = 0 a@0d = a@d = 0 H***L Vi har nå nok erfaring til å sette opp den karakteristiske likning direkte : r - r + = Hr - L = 0. Vi ser at vi får to sammenfallende røtter r =. Den generelle løsning av likningen blir da a@nd = C n + C n n Igjen ser vi analogien til løsningene av differensiallikninger med multiple røtter. Initialkravene gir oss koeffisientene: C = C + C = 0 C = - Løsningen på initialverdiproblemet (***) blir da: a@nd = n H - nl Løsningen i Mathematica følger samme mønster som i foregående eksempel. Prøv selv! Newton' s metode Newton s metode for å løse likningen f() = 0 ble forelest i Ma 000. Den kan formuleres som en differenslikning [n+] = [n] - f @@nd der f '@@ndd tallfølgen {[n]} konvergerer mot roten. Her er et lite program som løser likningen cos = med startverdi [0] =. Clear@D f@_d := Cos@D - @0D = ; f@@n - DD @n_d := @n - D f '@@n - DD N@Table@@nD 8n 0 5<DD 8. 0.750 0.79 0.79085 0.79085 0.79085< Vi ser at metoden gir svaret med 5 desimalers nøyaktighet etter bare tre iterasjoner Kontroll i Mathematica: FindRoot@Cos@D - 8 <D 8 0.79085< Oppgave Løs den lineære homogene differenslikningen a@nd - a@n - D + a@n - D = 0 med initialkrav a@0d = - a@d = 0. Kontroller svaret ved å løse oppgaven i Mathematica. Lag en tabell over de første ledd i tallfølgen. Vis at tallfølgen konvergerer og beregn lim a@nd. Lag et listeplott over tallfølgen. 5

Oppgave Løs den lineære homogene differenslikningen a@nd - a@n - D = 0 med initialkrav a@0d = a@d = 0. Kontroller svaret ved å løse oppgaven i Mathematica.Lag en tabell over de første ledd i tallfølgen. Løs den lineære homogene differenslikningen a@nd + a@n - D = 0 med initialkrav a@0d = a@d = 0. Kontroller svaret ved å løse oppgaven i Mathematica. Lag en tabell over de første ledd i tallfølgen. Er noen av tallene komplekse? Oppgave Skriv kode som benytter Newton s metode til å løse likningen 5 e- = med startverdi [0] = med 5 desimalers nøyaktighet. Sjekk svaret med FindRoot- kommandoen. Oppgave Løs den lineære differenslikningen ahnl - ahn - L - ahn - L = 0 med initialbetingelser ah0l = ahl = for hånd. Skriv opp de første leddene. Tallfølgen likner mye på Fibonacci-følgen og løsningene bærer også likhetstrekk. Beregn limn ahn+l. ahnl Svaret kalles Silver Ratio igjen med henspill til Fibonacci og Golden Ratio. Sjekk svarene ved å gjennomføre beregningen i Mathematica.