Feilestimeringer. i MAT-INF1100

Like dokumenter
9.6 Tilnærminger til deriverte og integraler

Numerisk derivasjon og integrasjon utledning av feilestimater

1 Mandag 25. januar 2010

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Numerisk integrasjon

Integrasjon Skoleprosjekt MAT4010

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

MAT 100A: Mappeeksamen 4

1 Mandag 1. mars 2010

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9 Numerisk integrasjon

Numerisk Integrasjon

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

Numerisk kvadratur. PROBLEM STILLING: Approksimér. f(x)dx. I(f) = hvor f : R R. Numerisk sett, integralet I(f) = b. f(x)dx approksimeres med en summe

1 Mandag 18. januar 2010

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Numerisk matematikk. Fra Matematikk 3MX (2002) Side

Brøkregning og likninger med teskje

Derivasjon. Oversikt over Matematikk 1. Derivasjon anvendelser. Sekantsetningen

Integrasjon del 2. October 15, Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. Integrasjon

Integrasjon av trigonometriske funksjoner

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,

UNIVERSITETET I OSLO

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

5: Algebra. Oppgaver Innhold Dato

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

Forkunnskaper i matematikk for fysikkstudenter. Integrasjon.

Sammendrag kapittel 1 - Aritmetikk og algebra

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

Arne B. Sletsjøe. Kompendium, MAT 1012

1 Tallregning og algebra

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

Løsningsforslag til avsluttende eksamen i HUMIT1750 høsten 2003.

Temahefte nr. 1. Hvordan du regner med hele tall

Multippel integrasjon. Geir Ellingsrud

Formelsamling i matematikk

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

Kapittel 4.7. Newtons metode. Kapittel 4.8.

Kom i gang med Tett på Smartbok! Vi veileder deg steg for steg!

1 Mandag 8. mars 2010

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i ECON 2130

MED SVARFORSLAG UNIVERSITETET I OSLO

Formelsamling i matematikk

Arne B. Sletsjøe. Kompendium, MAT 1012

Kom i gang med Panorama Smartbok! Vi veileder deg steg for steg!

Mer øving til kapittel 3

Løsningsforslag Kollokvium 6

UNIVERSITETET I OSLO

Numerisk kvadratur. Newton-Cotes kvadratur. PROBLEM STILLING: Approksimér. I(f) = f(x)dx. hvor f : R R kan Riemann-integreres.

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

R1 kapittel 1 Algebra

S1 kapittel 4 Logaritmer Løsninger til oppgavene i boka

Eksamen R2, Va ren 2014, løsning

R2 - Heldagsprøve våren 2013

Eksamen høsten 2016 Løsninger

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

Dagens program. 7.6 Numerisk integrasjon (fortsatt) 7.7 Uegentlige integraler

Bioberegninger - notat 3: Anvendelser av Newton s metode

Integralregning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

dy ycos 2 y = dx. Ved å integrere på begge sider av likhetstegnet får man ved å substituere u = y,du = dy dy ycos 2 y = 2du cos 2 u = x.

KAPITTEL 9 Approksimasjon av funksjoner

gir g 0 (x) = 2x + x 2 (x + 3) x x 2 x 1 (x + 3) 2 x 5 + 2x 4 + 6x 3 + x 2 + x + 3 x 2 (x + 3) 2 g(x; y) h(x) F (x; y) =

Innlevering i TRFE 1000 Frist: 14. april Løysingsforslag

Høgskolen i Bergen. Formelsamling. for. ingeniørutdanningen. FOA150 høsten 2006 fellespensum. 3.utgave

Eneboerspillet. Håvard Johnsbråten

UNIVERSITETET I OSLO

Vår 2004 Ordinær eksamen

Arne B. Sletsjøe. Kompendium, MAT 1012

2 Symboler i matematikken

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsning til KONTROLLOPPGAVER Sinus S2 1 Rekker Uten hjelpemidler OPPGAVE 1 a) 1) b) 1) c) d)

Tom Lindstrøm. Tilleggskapitler til. Kalkulus. 3. utgave. Universitetsforlaget,

DEL 1 Uten hjelpemidler

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

Kvalitetssikring av elektronisk pasientjournal - Skjema 1

Kom i gang med Perspektiver Smartbok! Vi veileder deg steg for steg!

1T kapittel 3 Funksjoner Løsninger til oppgavene i læreboka

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,

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

Løsningsforslag Kollokvium 1

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 8. a = e m E

S1 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

Kalkulus 2. Volum av et omdreiningslegeme. Rotasjon rundt x-aksen

Øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

addisjon av 2 og 3. Vi skriver da i alt: 2+3= og etter at likhetstegnet er skrevet så gir matcad oss svaret.

Repetisjon i Matematikk 1, 4. desember 2013: Komplekse tall og Derivasjon 1

R2 2010/11 - Kapittel 4: 30. november januar 2012

Emnebeskrivelse og emneinnhold

1T kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

Løsningsforslag til Eksamen i fag MA1103 Flerdimensjonal analyse

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.

Viktig informasjon. Taylorrekker

UNIVERSITETET I OSLO

Nøtterøy videregående skole

FASIT, tips og kommentarer

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

YF kapittel 10 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

Transkript:

Feilestimeringer i MAT-INF11 Ett v de viktigste punktene i MAT-INF11, og smtidig det som nsees som det vnskeligste i pensum, er feilestimter. Vi bruker mye tid på å beregne tilnærmede verdier for funksjoner, deriverte, integrerte etc. som ofte er gode estimter, men vi ønsker llikevel å kunne si noe om vor stor feil vi gjør. Hvis vi kller feilen for E, så r vi i tylorpolynomer t f () T n () E Tilsvrende for Newtons Quotient metode for derivsjon r vi f ( + ) f () f () E og for midtpunktmetoden i integrsjon r vi f ()d f ( 1/ ) (b ) E. I bok skilles det mellom trunkeringsfeil og vrundingsfeil. Trunkeringsfeilen oppstår som en følge v t vi ikke kn velge så liten vi vil på grunn v begrensninger på dtmskinen. Avrundingsfeilen oppstår når dtmskinen ikke kn representere tllene vi jobber med nøyktig. Tylorpolynomer Feilestimter i tylorpolynomer er rimelig rett frem, og er gitt eksplisitt i både bok og kompendium. Dersom vi r et tylorpylynom T n for en funksjon f, så er filen gitt ved: f f () T n (; ) (n+1) (ξ) ( )n+1, ξ [, ] (n + 1)! Dette kn mn lltid bruke når mn skl bruke tylorpolynomer som tilnærminger til funksjoner. Men usk t vis mn skl tilnærme et integrl ved å integrere et tylorpolynom, må mn integrere feilen også. Derivsjon Fremgngsmåten for å finne feilestimtene for de derivsjonsmetodene som står i kompendiet, er gnske så like, så jeg vil kun vise for newton s quotient så får dere t de to øvrige metodene som en oppgve: Trunkeringsfeil L oss begynne med et generelt Tylor-polynom v første grd om et punkt : f () f () + f ()( ) + ( ), ξ [, ] 1

Setter vi inn + får vi f ( + ) f () + f ()( + ) + ( + ) f () + f () + Flytter vi deretter f () over på venstresiden, deler på og tr bsoluttverdier, får vi f ( + ) f () f () som er nøyktig det vi lette etter. Dette er det vi kller for en trunkeringsfeil (vi r ikke ttt ensyn til vrundingsfeil end) så vi kn si t Avrundingsfeil E t m f (), [, + ] Videre r vi en vrundingsfeil. Hvis vi sier t funksjonsverdiene vi beregner r en liten vrundingsfeil, dvs. f () f ()(1 + ɛ 1 ) og f ( + ) f ( + )(1 + ɛ ) så r vi t: f ( + )(1 + ɛ 1 ) f ()(1 + ɛ ) så vi ser det t feilen, kll den E r, blir E r f ( + )ɛ 1 f ()ɛ m Totl feil f ( + ) f () + f ( + )ɛ 1 f ()ɛ ɛ f (), [, + ] Nå som vi r funnet ut v trunkeringsfeil og vrundingsfeil er, og dessuten funnet fornuftige begrensninger på disse, så konkluderer vi med t E E t + E r M 1 + ɛ M der M 1 m f (), [, + ] og M m f (), [, + ]. Symmetrisk metode Den symmetriske derivsjonsmetoden er gitt ved: f () f ( + ) f ( ) Denne er blitt gitt som en oppgve, og bør være elt løsbr med jelp fr det som står over, og i kompendiet. Et pr tips: Lg et tylor polynom som det over, ett for f ( + ) og ett for f ( ) og trekk polynomene fr verndre. Gjør tylorpolynomene v grd + feilledd.

Integrsjon - Midtpunktmetoden L oss, som over, strte med et tylorpolynom om punktet 1/ : f () f ( 1/ ) + f ( 1/ )( 1/ ) + ( 1/ ), ξ [, 1/ ] Hvis vi integrerer dette fr til b får vi [ ] 1 b f ()d f ( 1/ )(b ) + f ( 1/ )( 1/ ) + ( 1/ ) d Siden 1/ ligger midt mellom og b vil den store klossen i midten bli lik. Flytter vi litt om på dette og tr bsoluttverdier får vi f ()d f ( 1/ )(b ) ( 1/ ) d Som er nøyktig det vi forspeilet i innledningen. Hvis vi jobber litt med det siste uttrykket der, kn vi fort få det gnske mye enklere: ( 1/ ) d f (ξ) ( 1/ ) d ( 1/ ) d (b ) 3 4 ( 1/ ) d ( 1 3 ( 1/) 3 1 ) 3 (b 1/) 3 Den siste omskrivningen der ser knskje litt kryptisk ut, men vi får l det være. Unsett, feilen kn begrenses ved Eulers metode E (b ) 3, ξ [, b] 4 Ant t vi r en differensillikning på formen (t) T(t, (t)), slik t vi kn bruke eulers metode på den. T først et generelt tylorpolynom for en funksjon (t) v første grd om et punkt t : Hvis vi setter inn t + for t, får vi (t) (t ) + (t )(t t ) + (ξ) (t t ) (t + ) (t ) + (t )(t + t ) + (ξ) (t + t ) (t ) + T(t, (t )) + T (ξ, (ξ)), ξ [t, t + ] Dette gir oss t et steg med eulers metode fr t til t + r feilledd E T (t, (t )) 3

Noen generelle råd Husk t når vi jobber med feilestimter, så jobber vi ldri(!) med den nøyktige feilen. Spørsmålet er som regel vor liten vi kn grrntere t feilen er, og det er d disse uliketstegnene begynner å blomstre opp. Noen stndrdtriks finnes dog, og er er noen v dem: For lle tll vil (trekntuliketen) For lle funksjoner f, så vil For lle positive funksjoner f, så vil + b + b f ()d f () d f ()d ξd ξ(b ), ξ m [,b] f () Feilestimering er en todelt greie. Den første delen er å finne et fktisk uttrykk for feilen. Dette er (som ovenfor) ofte uttrykket ved feilleddet i et tylorpolynom. Den ndre delen er å bruke dette uttrykket på et fktisk problem. Sette inn tll og funksjoner i uttrykket, og jobbe med det til vi r en størrelse vi r kontroll over. Eksempel 1 Vi ønsker å tilnærme integrlet lurer på vor stor feil vi gjør. Det første vi gjør, er så tylorutvikle sin(). D får vi: sin() d med et tylorpolynom v femte grd, og vi sin() 3 3! + 5 5! 7, ξ [, ] Vi er i første omgng ikke interessert i å vite v integrlet blir, kun vilken feil vi gjør. Vi ser t Så feilen vi gjør er...eller... E E sin() 1 d f (7) (ξ) 1 6 d 3 3! + 5 5! 7 1 3! + 4 5! d d 6 d 1 6 d 1 1.98 1 4 [ ] 6 f d (7) 1 (ξ) 7 7 7 1.83 1 5 7 Begge estimtene over er korrekte, men kkurt er ser det ut til t det nederste fungerte best. 4

Eksempel Sett t vi r en differensillikning gitt ved t sin(), og vi ønsker å beregne et steg fr. til.1 med eulers metode. Vi r t feilen er E (t) [T(t, )] ( sin() + t cos() ) ( ) sin() + t sin() cos().1 (1 +.1 1 1).55 5