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.



Like dokumenter
Obligatorisk oppgave MAT-INF Lars Kristian Henriksen UiO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

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

Viktig informasjon. Taylorrekker

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

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Viktig informasjon. Taylorrekker

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 5 Litt oppsummering undervegs Løsningsforslag

Matematikk Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

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

Nicolai Kristen Solheim

Prøve i R2 Integrasjonsmetoder

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

Fasit eksamen i MAT102 4/6 2014

Høgskolen i Agder Avdeling for realfag EKSAMEN

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

IR Matematikk 1. Utsatt Eksamen 8. juni 2012 Eksamenstid 4 timer

UNIVERSITETET I OSLO

Dette kan selvfølgelig brukes direkte som en numerisk tilnærmelse til den deriverte i et gitt punkt.

UNIVERSITETET I OSLO

Løs likningssystemet ved å få totalmatrisen på redusert trappeform

9 + 4 (kan bli endringer)

EKSAMEN Løsningsforslag

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 11 Eulers metode. Løsningsforslag

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

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Del 2. Numeriske metoder

1 Mandag 1. februar 2010

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

UNIVERSITETET I OSLO

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

Obligatorisk oppgave MAT-INF1100. Lars Kristian Henriksen UiO

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamen R2, Høst 2012

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 26./28. november 2013

Obligatorisk oppgave nr 3 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

DERIVASJON MED LITT TEKNISK HJELP

Forside. 1 Hva skrives ut?

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 7 Løsningsforslag

Oblig 1 - vår 2015 MAT1012

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

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

Løsningsforslag eksamen R2

Krasjkurs MAT101 og MAT111

Matematikk 1000, 2012/2013. Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

MA1410: Analyse - Notat om differensiallikninger

Eksamensoppgave i TMA4130/35 Matematikk 4N/4D

være en rasjonal funksjon med grad p < grad q. La oss skrive p(x) (x a)q(x) = A

BYFE/EMFE 1000, 2012/2013. Numerikkoppgaver veke 14

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

UNIVERSITETET I OSLO

FYS-MEK1110 Oblig Ingrid Marie Bergh Bakke, Heine H. Ness og Sindre Rannem Bilden

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

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

ProFag Realfaglig programmering

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for informatikk og e-læring AITeL

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

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

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 16./17. november 2015

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 17./18. november 2014

Prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 6 Løsningsforslag

Eksamen R2 vår 2012, løsning

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Fasit MAT102 juni 2016

Gammafordelingen og χ 2 -fordelingen

R2 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

EKSAMENSOPPGAVE / EKSAMENSOPPGÅVE

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

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

Løsningsforslag. og B =

DEL 1. Uten hjelpemidler. Oppgave 1 (3 poeng) Oppgave 2 (5 poeng) Oppgave 3 (4 poeng) S( x) 1 e e e. Deriver funksjonene. Bestem integralene

e x = 1 + x + x2 2 + R 2(x), = e 3! ( 1) n x n = n! n=0 y n+1 = y 0 + f(t, y n (t)) dt 1 dt = 1 + x (1 + t) dt = 1 + x x2

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 6 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I BERGEN

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9. Løsningsforslag

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 =

MAT-INF 1100: Obligatorisk oppgave 2

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 =

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

Eksamensoppgave i TMA4125 BARE TULL - LF

Løsningsforslag. og B =

Løsningsforslag Eksamen S2, høsten 2015 Laget av Tommy O. Sist oppdatert: 25. mai 2017

Løysingsforslag for oppgåvene veke 17.

Transkript:

Oppgave 1 a) Ved numerisk metode er det løst en differensiallikning av et objekt som faller mot jorden. Da verdier av er kjent gjennom resultater i form av,, kan vi vi finne en tilnærming av akselerasjonen. Da vi ikke kjenner funksjonen ønsker vi å løse punktvis med numerisk derivasjon. En tilnærmingen av objektets akselerasjon er derfor følgende: b) Videre ønsker vi også å finne en tilnærming for objektets høyde over havet. Da vi vet at må vi integrere. Med numerisk integrasjon er det mulig å løse for punktvis. Det kan også nevnes at arealet under grafen (her punkter) tilsvarer høyden med respekt til tid. Dersom en ser på en tilfeldig grafe, kan en finne høyden på 5 ved å regne ut arealet under grafen mellom 0 og 5,. I denne oppgaven ønsker vi å bruke sammen fremgangsmåte, men her med numerisk integrasjon. En tilnærming av objektets høyde over havet vil derfor bli følgende: Det vil også være mulig å tilpasse trapesmetoden for en mer nøyaktig løsning., hvor 1

Oppgave 2 a) Vi kan løse for arealet under en ukjent funksjon ved hjelp av trapesmetoden. Først ønsker vi å forklare hvordan vi får den såkalte trapesmetoden. Da arealet for et delintervall i intervallet, er gitt ved, hvor Vet vi at arealet for intervallet, blir summen av delintervallene. Altså Herfra kan vi manipulere uttrykket slik at vi får det ønskede uttrykket. Vi kan fra dette se sammenheng med trapesmetoden., Vi har med dette vist hvordan dette gir den såkalte trapesmetoden. Forskjellen her er at intervallene her deles opp i 2 like delintervaller, mens den tradisjonelle trapesmetoden deler delintervallene opp i like delintervaller. 2

b) Dersom vi ser på funksjonsverdiene, vil vi se at 2 like delintervaller. Dette betyr at intervallet, vil bli delt opp på følgende måte: 2 delintervall 2 delintervaller 2 delintervaller 2 delintervaller Nedenfor har vi tegnet delintervallene, og gitt hver funksjonsverdi et navn n. 1 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 Fra dette ser vi at de funksjonsverdier som i er gitt et partall er funksjonsverdier som vi finner igjen i. 3

c) Det er også mulig å manipulere utrykket på en slik at måte at det tar i bruk for å regne ut nye verdier. Først ønsker vi å se etter et mønster i utregnelser av med forskjelige verdier for. deles på 2 da intervallantallet multipliseres med 2. Med andre ord:. 23 2 3 Fra dette kan vi anta følgende: 2 1 2 1 2 1 Vi har med dette vist hvordan 2 4

d) Nedenfor finnes en ny utgave av trapes.py import time from math import * def f(x): return cos(x) def iterativ_trapes(f,a,b,eps,m): j = 0 n = 1 I =(0.5*(f(a)+f(b)))*(b-a) abserr = abs(i) while j<m and abserr>=eps*abs(i): j += 1 Ip = I n = 2*n h = (b-a)/n sum = 0.0 for i in range(1,n/2+1): x = a + (2*i-1)*h sum = sum + f(x) I = 0.5*Ip + h*sum abserr = abs(i-ip) return(i, abserr, j) a = 0.0; b = 1.0; eps = 1.0e-12 [I,err,K] = iterativ_trapes(f,a,b,eps,40) print "Integral: %1.14f, estimert relativ feil: %e, iterasjoner: %i" %(I, err, K) print "\neksakt verdi=%1.14f, eksakt feil=%e" %(sin(b),abs(sin(b)-i)/abs(sin(b))) print "Det hele tok %1.2f sekunder" %time.clock() nicolai@acg-v0101:~/documents$ python trapes_new.py Integral: 0.84147098480764, estimert relativ feil: 7.627232e-13, iterasjoner: 19 Eksakt verdi=0.84147098480790, eksakt feil=3.035902e-13 Det hele tok 0.62 sekunder nicolai@ace-v0101:~/documents$ python trapes.py Integral: 0.84147098480766, estimert relativ feil: 7.831513e-13, iterasjoner: 20 Eksakt verdi=0.84147098480790, eksakt feil=2.807648e-13 Det hele tok 1.17 sekunder Ved å bytte til en alternativ metode har vi spart 0.55 sekunder. 5

Oppgave 3 a) 1, 0 1 Vi løser for på følgende måte: 1 1 1 tan tan Deretter setter vi inn for 0 1 for å finne konstanten. tan 1 0 c tan 1 tan 6

b) Deretter ønsker vi å løse likningen numerisk på intervallet [0, 0.6] med Eulers metode. Dette kan gjøres med et program: from math import * # From x(0) = 1 h = 0.1; xp = 1.0; tp = 0.0 # Define f(t, x) def f(x): return x**2.0 + 1.0 # Solve for x' = f(t, x) for k in range(0, 6): xn = xp + h*f(xp) tn = 0.0 + (k+1)*h print tn, xn tp=tn xp=xn nicolai@acg-v0101:~$ python 3b.py 0.1 1.2 0.2 1.444 0.3 1.7525136 0.4 2.15964399182 0.5 2.72605020896 0.6 3.56918518313 Nå ønsker vi å plotte verdiene sammen med verdiene for den eksakte løsningene for. De eksakte løsningene for i intervallet 0.0, 0.6 er følgende: 0.1 tan0.1 1.22304888045 0.2 tan0.2 1.50849764712 0.3 tan0.3 1.89576512285 0.4 tan0.4 2.46496275672 0.5 tan0.5 3.40822344234 0.6 tan0.6 5.33185522346 7

c) Nå vil vi bruke Eulers midpunktmetode i stedenfor Eulers metode. På samme måte som i forrige oppgave, lager vi et program som regner ut verdiene for oss. from math import * # From x(0) = 1 h = 0.1; xp = 1.0; tp = 0.0 # Define f(t, x) def f(x): return x**2.0 + 1.0 # Solve for x' = f(t, x) for k in range(0, 6): xpn = xp + (h*f(xp))/2.0 xn = xp + h*f(xpn) tn = 0.0 + (k+1)*h print tn, xn tp=tn xp=xn nicolai@acg-v0101:~$ python 3c.py 0.1 1.221 0.2 1.50204834083 0.3 1.87922282489 0.4 2.42266081851 0.5 3.28780562019 0.6 4.89191810712 Dersom vi plotter disse verdiene i samme grafe ser vi at dette gir en mer nøyaktig tilnærming til den eksakte løsningen enn det Eulers metode ga. 8

d) Formelen kan løses numerisk med følgende program så lenge 1 2 0. Dersom dette er mindre enn null vil vi få problemer med imaginære tall. from math import * # From x(0) = 1 h = 0.1; xp = 1.0; tp = 0.0 # Define f(t, x) def f(x): return x**2.0 + 1.0 # Solve for x' = f(x) for k in range(0, 6): xn = (2-h*xp-2*sqrt(1-h**2-2*xp*h))/h tn = 0.0 + (k+1)*h print tn, xn tp=tn xp=xn nicolai@acg-v0101:~$ python 3d.py 0.1 1.22361116537 0.2 1.5104945117 0.3 1.90154482209 0.4 2.48191221114 0.5 3.46650342592 0.6 5.63947408805 Plotter vi alle grafene sammen ser vi disse verdiene ligger over de eksakte verdiene. Her ser vi at den alternative metoden ligger nærmest de eksakte verdiene for. Herfra kunne vi kanskje brukt de to beste tilnærmelsene på hver sin side, bedre tilnærmelse av. E, for å få en 9