Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9 Numerisk integrasjon



Like dokumenter
Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Numerisk integrasjon

Integrasjon Skoleprosjekt MAT4010

M2, vår 2008 Funksjonslære Integrasjon

2x 3 4/x dx. 2 5 x 3 + LF: Vi utfører polynomdivisjon. 2x + 1 dx = + C = 5x8/ ln 2x C 4. πx 2 e 3x3 dx = π

1 Mandag 1. mars 2010

1 k 2 + 1, k= 5. i=1. i = k + 6 eller k = i 6. m+6. (i 6) i=1

Numerisk derivasjon og integrasjon utledning av feilestimater

Faktorisering. 1 Hva er faktorisering? 2 Hvorfor skal vi faktorisere? Per G. Østerlie Senter for IKT i utdanningen 11.

MAT 100a - LAB 4. Før vi gjør dette, skal vi for ordens skyld gjennomgå Maple-kommandoene for integrasjon (cf. GswM kap. 12).

MAT 100A: Mappeeksamen 4

Integralregning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

1 Mandag 18. januar 2010

1 Mandag 25. januar 2010

R2 - Heldagsprøve våren 2013

... JULEPRØVE 9. trinn...

x 1, x 2,..., x n. En lineær funksjon i n variable er en funksjon f(x 1, x 2,..., x n ) = a 1 x 1 + a 2 x a n x n,

5: Algebra. Oppgaver Innhold Dato

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

Fag: Matematikk 1T-Y for elever og privatister. Antall sider i oppgaven: 8 inklusiv forside og opplysningsside

E K S A M E N. Matematikk 3MX. Elevar/Elever Privatistar/Privatister. AA6524/AA desember 2004 UTDANNINGSDIREKTORATET

Kapittel 4 Tall og algebra Mer øving

Innlevering i TRFE 1000 Frist: 14. april Løysingsforslag

Brøkregning og likninger med teskje

Kapittel 4.7. Newtons metode. Kapittel 4.8.

9.6 Tilnærminger til deriverte og integraler

Numerisk matematikk. Fra Matematikk 3MX (2002) Side

... JULEPRØVE

Fag: Matematikk 1T-Y for yrkesfag for elever og privatisterr. Eksamensdato: 16. januar 2012

3.7 Pythagoras på mange måter

1 Tallregning og algebra

LEDDVIS INTEGRASJON OG DERIVASJON AV POTENSREKKER:

Mer øving til kapittel 2

Integrasjon Fundamentalteoremet Substitusjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Forkunnskaper i matematikk for fysikkstudenter. Integrasjon.

Sammendrag kapittel 1 - Aritmetikk og algebra

Numerisk Integrasjon

1 Mandag 8. mars 2010

Multippel integrasjon. Geir Ellingsrud

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 6. Løsningsforslag

LEDDVIS INTEGRASJON OG DERIVASJON AV POTENSREKKER: a n x n. R > 0, med summen s(x). Da gjelder: a n n + 1 xn+1 for hver x < R.

6 Brøk. Matematisk innhold Brøk i praktiske situasjoner Brøk som del av en mengde. Utstyr Eventuelt ulike konkreter, som brikker og knapper

Løsningsforslag til Eksamen i fag MA1103 Flerdimensjonal analyse

1 Geometri KATEGORI Vinkelsummen i mangekanter. 1.2 Vinkler i formlike figurer

Praktiske opplysninger til rektor. Fag: MATEMATIKK 1TY for yrkesfag Fagkode: MAT1006 Eksamensdato: Antall forberedelsesdager: Ingen

a 5 (2 + 8) d 5 (2 + 8) 4 g b 3 5 (2 + 8) e h 3 ( ) j Begrunn hvorfor du ikke får samme svar på oppgave b og g.

Mer øving til kapittel 3

Temahefte nr. 1. Hvordan du regner med hele tall

Løsningsforslag Kollokvium 1

Feilestimeringer. i MAT-INF1100

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9. Løsningsforslag

Integrasjon av trigonometriske funksjoner

dx = 1 2y dy = dx/ x 3 y3/2 = 2x 1/2 + C 1

Fakultet for realfag Ho/gskolen i Agder - Va ren 2007

Terminprøve Matematikk for 1P 1NA høsten 2014

Oppgave 2 Betydningen til hvert enkelt siffer er bestemt av sifferets plassering eller posisjon. Tallet 4321 betyr

Del 2. Alle oppgaver føres inn på eget ark. Vis tydelig hvordan du har kommet frem til svaret. Oppgave 2

2 Symboler i matematikken

Oppfriskningskurs i matematikk 2007

Institutt for elektroteknikk og databehandling

Kapittel 3. Potensregning

Arne B. Sletsjøe. Kompendium, MAT 1012

Årsprøve trinn Del 1. Navn: Informasjon for del 1

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

Juleprøve trinn Del 1 Navn:

Sensorveiledning Oppgaveverksted 4, høst 2013 (basert på eksamen vår 2011)

2 Tallregning og algebra

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i ECON 2130

Juleprøve trinn Del 1. Navn: Del 1 Aschehoug JULEPRØVE trinn. Informasjon for del 1

Kvadratur. I(f) = f(x)dx.

MAT 1110: Løsningsforslag til obligatorisk oppgave 2, V-06

Terminprøve Matematikk Påbygging høsten 2014

Regn i hodet. a) 15 : 3 = b) 24 : 6 = c) 36 : 4 = d) 48 : 8 = Regn i hodet. a) 21 : 3 = b) 28 : 7 = c) 49 : 7 = d) 64 : 8 =

1T kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

MED SVARFORSLAG UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Integral Kokeboken. sin(πx 2 ) sinh 2 (πx) dx = 2. 1 log x. + log(log x) dx = x log(log x) + C. cos(x 2 ) + sin(x 2 ) dx = 2π. x s 1 e x 1 dx = Γ(s)

Oppgave 5 Et rektangel har en omkrets på 24 cm 2. Hva blir arealet? Dersom lengdene på sidene skal ha heltallige svar, hvor mange løsninger får du?

EKSAMEN. ANTALL SIDER UTLEVERT: 7 (innkl. forside og 2 sider formelark)

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 20-24/9

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5(innkl. forside og 2 sider formelark)

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 8. a =

Fasit. Grunnbok. Kapittel 2. Bokmål

S1 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

Eksamen våren 2018 Løsninger

6. Beregning av treghetsmoment.

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 11 Eulers metode. Løsningsforslag

Eksamen R2, Va ren 2014, løsning

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark)

Fasit. Grunnbok. Kapittel 4. Bokmål

Løsningsforslag til avsluttende eksamen i HUMIT1750 høsten 2003.

Fasit. Oppgavebok. Kapittel 2. Bokmål

Lokal gitt eksamen Del 1: oppgave 1-5 Del 2: oppgave 6-10 Del 3: oppgave I del 3 skal du gjøre oppgavene for ditt utdanningsprogram.

ALTERNATIV GRUNNBOK BOKMÅL

Eksempel Funksjonen f (x)=x 3 er strengt voksende. vokser på intervallet [0, ) og avtar på intervallet

Bioberegninger - notat 3: Anvendelser av Newton s metode

OPPLÆRINGSREGION NORD. Skriftlig eksamen. MAT1001 Matematikk 1P-Y HØSTEN Privatister. Yrkesfag. Alle yrkesfaglige utdanningsprogrammer

Løsningsforslag til Obligatorisk oppgave 2

Oppgaver i matematikk, 13-åringer

S1 kapittel 6 Derivasjon Løsninger til oppgavene i boka

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark)

Transkript:

Mtemtikk 1000 Øvingsoppgver i numerikk leksjon 9 Numerisk integrsjon Forståelsen v integrlet som et rel ligger til grunn når vi skl beregne integrler numerisk. Litt mer presist: Når f(x) 0 for lle x i intervllet [, b], kn vi oppftte integrlet b f(x) dx som relet vgrens v x-ksen, linjene x = og x = b og grfen til f. Se gur 1. Figur 1: Figuren illustrer hvordn integrlet b f(x) dx kn sees på som et rel (når f(x) 0). Her er f(x) = x 3, = 1 og b = 3. Til sist i dette oppgvesettet for spesielt interesserte, introduserer vi en helt nnen måte å regne integrler på: Monte Crlo-integrering. Denne metoden er ikke pensum, så dersom du ikke er spesielt nysjerrig, kn du hoppe over denne oppgv med god smvittighet. Men metoden er både rtig og nyttig ikke minst når det gjelder integrler over ere vrible. 1

Oppgve 1 Integrl som en sum v rektngler Vi tr utgngspunkt i funksjonen og vgrenser x til intervllet [1, 3] f(x) = x 3 ) Bruk intergrsjonsregler du kjenner fr før til å regne ut 3 1 f(x) dx. (Gjør dette med ppir og blynt.) b) Regn ut summen 0.5 f(1) + 0.5 f(1.5) + 0.5 f(2) + 0.5 f(2.5), og smmenlign den med svret i ). (Dette kn gjøres med ppir og blynt eller i MATLAB.) Se gur 2. Figur 2: Her hr vi delt intervllet [1, 3] opp i 4 mindre intervller med lengde x 4 = 1/2. For hvert delintervll hr vi et rektngel med høgde bestemt v funsksjonen f(x). c) Summen fr b) kn skrives slik: x 4 4 f(x i ), der x 4 = (3 1)/4 og x i = 1 + (i 1) x 4. Om vi hdde delt intervllet [1, 3] opp i n deler i stedet for 4 deler, ville summen sett slik ut: x n 2 n f(x i ),

Figur 3: Denne guren viser det smme som gur 6 bortsett fr t vi her hr delt intervllet på x-ksen opp i 10 biter i stedet for 4. der x n = (3 1)/n og x i = 1 + (i 1) x n. Hvorfor kn vi si t en sum v denne typen vil nærme seg integrlet fr ) når n blir større og større? (Hint: Se gur 3.) Lg et MATLAB-skript som regner ut summen over og bruk det til å nne summen for ulike 1 verdier v n. d) Hvor stor å n være, sånn omtrent, for t forskjellen mellom summen og integrlet skl være mindre enn 10 3? e) I gur 2 ser vi t høyden v rektnglene konsekvent er gitt ved f(x)-verdien i venstre knt. Om vi i stedet hdde brukt høgre knt, som i gur 4, vil x i bli endr til x i = 1 + i x n. Justér skriptet ditt slik t den regner ut en høgre sum i stedet for en venstre sum som over og gjent deloppgve d) med dette skriptet. f) Et tredje lterntiv er å regne ut summen med x i gitt ved midtpunktene, x i = 1 + (i 1/2) x n. Se gur 5. Hvor stor må nå n være for t forskjellen mellom summen og integrlet blir mindre enn 10 3? Summer v denne typen kller vi Riemnn-summer. Du vil nok høre mer om slike siden. 1 Det enkleste er å skrive n inn i skriptet og lgre det på nytt hver gng. Men vi kn unngå dette ved å gjøre skriptet om til ei funksjonl med n som rgument eller ved å bruke input-kommndoen i MATLAB. 3

Figur 4: Denne guren viser det smme som gur 2 bortsett fr t høgd v rektnglene er bestemt v funksjonsverdien i høgre knt v hvert del-intervll i stedet for venstre knt som i gur 2. Figur 5: Denne guren viser det smme som gur 2 og 4 bortsett fr t høgd v hvert rektngel her er bestemt ved midtpunktet i hvert del-intervll. Oppgve 2 Integrl som en sum v trpeser I denne oppgv bruker smme f(x) og smme intervll for x som i oppgve 1. ) Med utgngspunkt i gur 6: Estimér integrlene ved å regne ut summen v relene v trpesene. (Et trpes er en rknt der to v sidene er prllelle og de to ndre ikke trenger å være det. Arelet v et trpes er gitt ved h( + b)/2, se gur 7.) b) Med n = 4, vis, med ppir og blynt, t summen i ) er gjennomsnittet v venstre- og høgresummen fr oppgve 1. (Dette gjør vi med ppir og blynt.) 4

Figur 6: Figuren viser hvorn integrlet kn éstimeres som en sum v relene til trpeser. Figur 7: Et trpes. c) Med en generell n, kn trpes-summen skrives som ( 1 T n = x n 2 f(x 0) + f(x 1 ) +... + f(x n 1 ) + 1 ) 2 f(x n) der x n = (b )/n og x i = + i x n. Merk t x 0 = og x n = b. (Her er = 1 og b = 3.) Lg et skript som regner ut denne summen og nn summen for ulike verdier v n. (Dette kn gjøres ved å lge ei for-løkke med if-stser som tr for seg det første og siste leddet inni. Men det enkleste er å l for-løkk bre gå fr og med i = 1 til og med i = n 1 og så håndtere endene, i = 0 og i = n, for seg selv.) d) Hvor stor må n være nå for t diernsen mellom integrlet og summen v trpes-rel skl bli mindre enn 10 3? 5

Oppgve 3 Uten fsit I denne oppgv skl vi blnt nnet regne ut integrlet 2 0 sin x 2 dx. Selv om sin x 2 kn være både positiv og negtiv når x [0, 2], vil likevel trpessummen fr oppgve 2 gi gode estimter for integrlet når n blir stor nok. ) Bruk skriptet du lgde i oppgve 2 til å nne ei tilnærming til dette integrlet. Hv ser integrlet ut til å bli? (Sgt på en nnen måte: Hv ser det ut til å konvergere mot?) b) Hvorfor hr vi ikke bedt deg nne dette integrlet ved nti-derivsjon? c) På smme måte over: Forsøk å bestemme følgende integrl: i) 2 5 tet3 dt ii) 1/2 0 tn(x 2 + 1) dx iii) 1 1 sin x3 dx d) Selv om vi ikke kn nne noen enkel ntiderivert til sin x 3, kn vi likevel si med sikkerhet t 2 2 sin x3 dx = 0. Hvorfor kn vi være så sikre på dette? e) Endre den øvre integrsjonsgrens i initegrlet i deloppgve d) ii) til 1. Hv skjer når du forsøker å regne ut integrlet? Hvorfor skjer dette? Generelt er det helt essensielt t vi sjekker t svret vårt konvergerer før vi konkluderer med t vi hr bestemt integrlet; vi kn ikke tillte t verdien vi får for integrlet skl være vhengig v n. Ekstr-oppgve: Monte Crlo-integrsjon For å være tydelig: Denne metoden er ikke pensum. Men den kn være verd å se litt på likevel. Teorien er ikke vnskelig. Middelverdien, eller gjennomsnittet, v en integrerbr funksjon f på intevllet [, b] er denert som y = 1 b f(x) dx. b Smtidig vet vi t vi kn nne gjennomsnittet ved å gjøre mnge målinger, legge dem smmen og dele på ntllet. Tenk deg t vi velger mnge x-verdier tilfeldig og nner f(x) for hver v dem slik t vi får et sett med f-verdier: f(x 1 ), 6

f(x 2 ),..., f(x n ). Her hr vi gjort n målinger. Om n er stor nok, vil vi, som sgt, kunne nne gjennomsnittet slik: y 1 n (f(x 1) + f(x 2 ) +... + f(x n )) = 1 n n f(x i ). ) Ut fr det som står over, forklr hvorfor b f(x) dx b n n f(x i ) for store n. b) Funksjonen rnd i MATLAB gir et tilfeldig 2 tll mellom 0 og 1. Hvordn kn dette brukes til å generere et tilfeldig tll mellom og b? c) Velg deg en funksjon f og endepunkter og b og beregn b f(x) dx ved nti-derivsjon. Du kn godt velge det vi så på i oppgve 1 og 2. Lg et skript eller ei funksjonsl som beregner integrlet ved hjelp v formelen fr ). L n være en input-vribel. Undersøk hvor stor n må være for t metoden skl gi et rimelig nøyktig svr. Lg gjerne et plott som illustrerer konvergensen. 2 En dtmskin er ikke egentlig i stnd til å generere tilfeldige tll; tllet du får ut er et pseudo-tilfeldig tll. 7