LABORATION cos (3x 2 ) dx I =

Relevanta dokument
LABORATION 2. Trapetsregeln, MATLAB-funktioner, ekvationer, numerisk derivering

Laboration 3. Funktioner, vektorer, integraler och felskattning

Laboration 3. Funktioner, vektorer, integraler och felskattning

Tentamen del 1 SF1546, , , Numeriska metoder, grundkurs

Laboration 4. Numerisk behandling av integraler och begynnelsevärdesproblem

Laboration 4. Numerisk behandling av integraler och begynnelsevärdesproblem

Tentamen del 1 SF1511, , kl , Numeriska metoder och grundläggande programmering

Tentamen i Beräkningsvetenskap I och KF, 5.0 hp,

f(x + h) f(x) h f(x) f(x h) h

2D1240 Numeriska metoder gk2 för F2 Integraler, ekvationssystem, differentialekvationer

Icke-linjära ekvationer

Konvergens för iterativa metoder

Block 5: Ickelineära. ekvationer? Läroboken. Löpsedel: Icke-lineära. ekvationer. Vad visade laborationen? Vad visade laborationen?

Sammanfattning (Nummedelen)

Sekantmetoden Beräkningsmatematik TANA21 Linköpings universitet Caroline Cornelius, Anja Hellander Ht 2018

Ickelinjära ekvationer

Kurs DN1215, Laboration 3 (Del 1): Randvärdesproblem för ordinära differentialekvationer

Lösningsförslag Tentamen i Beräkningsvetenskap I, 5.0 hp,

Föreläsning 1. Numeriska metoder grundkurs II, DN1240. Carina Edlund Mottagningstid i rum 4516: onsdagar kl.

2D1240, Numeriska metoder gk2 för F2 och CL2 MATLAB-introduktion, minstakvadratmetoden, differensapproximationer,

Teorifrågor. 6. Beräkna konditionstalet för en diagonalmatris med diagonalelementen 2/k, k = 1,2,...,20.

Icke-linjära ekvationer

Tentamen i Beräkningsvetenskap I (nya versionen), 5.0 hp, Del A

FÖRSÄTTSBLAD TILL TENTAMEN. ELLER (fyll bara i om du saknar tentamenskod): Datum: 16 januari Bordsnummer:

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

Lösningsanvisningar till de icke obligatoriska workoutuppgifterna

Tentamen i Beräkningsvetenskap I/KF, 5.0 hp,

Numeriska metoder för fysiker Lördag , kl 10-14

Del I: Lösningsförslag till Numerisk analys,

Tentamen i Beräkningsvetenskap I (nya versionen), 5.0 hp, Del A

TAIU07 Matematiska beräkningar med Matlab

TENTAMEN I GRUNDKURS I NUMERISKA METODER - DEL 2

Matematisk analys för ingenjörer Matlabövning 2 Numerisk ekvationslösning och integration

Labb 3: Ekvationslösning med Matlab (v2)

DN1212 Numeriska Metoder och Grundläggande Programmering DN1214 Numeriska Metoder för S Lördag , kl 9-12

Gruppuppgifter 1 MMA132, Numeriska metoder, distans

KTH 2D1240 OPEN vt 06 p. 1 (5) J.Oppelstrup

Lösandet av ekvationer utgör ett centralt område inom matematiken, kanske främst den tillämpade.

Prov 1 2. Ellips 12 Numeriska och algebraiska metoder lösningar till övningsproven uppdaterad a) i) Nollställen för polynomet 2x 2 3x 1:

Sammanfattninga av kursens block inför tentan

Facit Tentamen i Beräkningsvetenskap I (1TD393) STS ES W K1

Uppgift 1 R-S. Uppgift 2 R-M. Namn:...

Laboration 1. x = 1±0.01, y = 2±0.05. a) Teoretiskt med hjälp av felfortplantningsformeln (Taylor-utveckling).

Omtentamen i DV & TDV

Intervallhalveringsmetoden, GKN sid 73. Sekantmetoden, GKN sid 79

Tentamen i Beräkningsvetenskap I (1TD393)

Linjärisering och Newtons metod

Kontrollskrivning KS1T

Lösningar tentamen i kurs 2D1210,

Lösningsanvisningar till de icke obligatoriska workoutuppgifterna

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Newtons metod. 1 Inledning. 2 Newtons metod. CTH/GU LABORATION 6 MVE /2013 Matematiska vetenskaper

Tentamen, del 2 DN1240 Numeriska metoder gk II för F

TENTAMEN I GRUNDKURS I NUMERISKA METODER - DEL 20

Fixpunktsiteration. Kapitel Fixpunktsekvation. 1. f(x) = x = g(x).

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

Laboration 2. Laborationen löses i grupper om två och redovisas individuellt genom en lappskrivning den 3/10. x = 1±0.01, y = 2±0.05.

LAB 4. ORDINÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER. 1 Inledning. 2 Eulers metod och Runge-Kuttas metod

Inbyggda funktioner i MATLAB

Gemensamt projekt: Matematik, Beräkningsvetenskap, Elektromagnetism. Inledning. Fysikalisk bakgrund

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

Från förra gången: Newton-Raphsons metod

DN1212+DN1214+DN1215+DN1240+DN1241+DN1243 mfl Tentamen i Grundkurs i numeriska metoder Del 2 (av 2) Lördag , kl 9-12

Newtons metod och arsenik på lekplatser

Lösningsanvisningar till de icke obligatoriska workoutuppgifterna

Institutionen för Matematik TENTAMEN I LINJÄR ALGEBRA OCH NUMERISK ANALYS F1, TMA DAG: Fredag 26 augusti 2005 TID:

FMNF15 HT18: Beräkningsprogrammering Numerisk Analys, Matematikcentrum

Lösningsförslag till tentamensskrivningen i Numerisk analys

Laboration 1. Ekvationslösning

Laboration 6. Ordinära differentialekvationer och glesa system

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

Akademin för utbildning, kultur och kommunikation MMA132 Numeriska Metoder Avdelningen för tillämpad matematik Datum: 13 jan 2014

TATA42: Föreläsning 3 Restterm på Lagranges form

Laboration 3. Ergodicitet, symplektiska scheman och Monte Carlo-integration

Ansvariga lärare: Yury Shestopalov, rum 3A313, tel (a) Problem 1. Använd Eulers metod II (tre steg) och lös begynnelsevärdesproblemet

ALA-a Innehåll RÄKNEÖVNING VECKA 7. 1 Lite teori Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel 14...

TMA226 datorlaboration

2D1210, Numeriska Metoder, GK I för V 2.

Tentamen del 2 SF1511, , kl , Numeriska metoder och grundläggande programmering

Laboration 1. 1 Matlab-repetition. 2 Störningsräkning 1. 3 Störningsräkning 2

Matematik: Beräkningsmatematik (91-97,5 hp)

ELLER (fyll bara i om du saknar tentamenskod): Datum: 32 maj Bordsnummer: Kontrollera att du fått rätt tentamensuppgifter

Tentamen TAIU07 Matematiska beräkningar med MATLAB för MI

Numerisk Analys, MMG410. Lecture 10. 1/17

Teknisk Beräkningsvetenskap I Tema 3: Styvhetsmodellering av mjuk mark med icke-linjära ekvationer

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

Newtons metod. 1 Inledning. CTH/GU LABORATION 3 MVE /2014 Matematiska vetenskaper

Varning!!! Varning!!!

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 29 augusti 2005

DN1212+DN1214+DN1215+DN1240+DN1241+DN1243 mfl Lördag , kl 9-12 Tentamen i Grundkurs i numeriska metoder Del 1 (av 2)

Omtentamen i DV & TDV

f (a) sin

Introduktion till MATLAB

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

Ordinära differentialekvationer,

Linjärisering, Jacobimatris och Newtons metod.

Beräkning av integraler

Kap Inversfunktion, arcusfunktioner.

5B1134 Matematik och modeller Uppgifter från kontrollskrivningar och tentamina under läsåren och

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 13 januari T = 1 ab sin γ. b sin β = , 956 0, 695 0, 891

Transkript:

SF1518,SF1519,numpbd14 LABORATION 2 Trapetsregeln, ekvationer, ekvationssystem, MATLAB-funktioner Studera kapitel 6 och avsnitt 5.2.1, 1.3 och 3.8 i NAM parallellt med arbetet på denna laboration. Genomför laborationen genom att göra de handräkningar och MATLABprogram som begärs. Var noga med att skriva upp resultaten och svaren på frågorna. Se även till att göra snygga grafer, där sådana efterfrågas. Bonuspoäng ges i samband med kontrollskrivning den 9/10. Om denna inte är godkänd eller om man uteblir, måste Lab2 redovisas muntligt enligt särskilt schema, men då ges ingen bonus. 1. Trapetsregeln för numerisk integrering - noggrannhetsordning Följande integral ska beräknas I = 1 0 1 + cos (3x 2 ) dx A. Gör först följande laborationsförberedande uppgifter a)-c): a) Rita först en graf över integranden, dvs y = 1 + cos (3x 2 ). Uppskatta den sökta integralens värde ur grafen. Svar: I b) Beräkna sedan ett mycket noggrant referensvärde på integralen med hjälp av MATLABs inbyggda funktion för approximation av integraler, integral. (Standardtoleransen bör duga här.) Svar: I ref = I nedanstående tabell har ett antal trapetsvärden, T (h), som approximerar I med konstant steglängd, x i = h, redan beräknats: h T (h) E T = T (h) I ref E T /h E T /h 2 1 0.5 0.25 1.40068 0.125 1.40480 0.0625 1.40568 c) Räkna ut och fyll i för hand de värden som ska stå i de tomma rutorna. För de två sista kolumnerna räcker två eller tre värdesiror. Felet avtar ungefär proportionellt mot en potens av steglängden h; vilken? Vad säger det om trapetsregelns noggrannhetsordning? B. Skriv sedan ett MATLABprogram som beräknar integralen numeriskt med trapetsregeln (se NAM 5.2). Undersök hur trunkeringsfelet, E T, beror av steglängden, h, genom att rita felen som funktion av steglängderna h = 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128, 1/256, 1/512, 1/1024. Använd MATLABs kommando loglog för uppritningen.

Visa hur vi uppskattar metodens noggrannhetsordning, p, med hjälp av denna gur. För trapetsregelns noggrannhetsordning gäller e T = I T (h) Ch p där C är en konstant, p är noggrannhetsordningen, T (h) är det approximativa integralvärdet (ur trapetsregeln med konstant steglängd h), och I kan ersättas med det noggranna referensvärdet I ref. Vad blir p? 2. Olinjär skalär ekvation Man vill bestämma samtliga rötter till följande ekvation 7x 20 cos (3x 5) = 0 (a) Härled en övre och en undre gräns för intervallet där rötter kan tänkas nnas. (b) Rita med MATLAB grafen för funktionen y(x) = 7x 20 cos (3x 5) i ett intervall som är stort nog att innehålla samtliga nollställen till y(x). Hur många rötter nns det? (c) Skriv ett program i MATLAB som använder intervallhalvering för att beräkna roten närmast x = 0 med relativfel högst 0.5 10 9. Ange vilket startintervall ni väljer. Hur många iterationer krävs? (d) Genomför, med papper, penna och miniräknare två iterationer med Newton- Raphsons metod och startvärdet x 0 = 1.5. (e) Skriv ett program för Newton-Raphsons metod i MATLAB som beräknar samtliga rötter med relativfel högst 0.5 10 9. Låt programmet skriva ut tabeller som visar hur iteraten konvergerar mot rötterna. Utöka tabellerna så att följande storheter kan avläsas: 1) Antal iterationer som krävs för att få önskat relativfel, 2) Konvergenshastigheten (linjär eller kvadratisk). 3. Programmering av funktioner i MATLAB Börja med att skapa en funktion för f(x) = e x x 3, kalla den funk1. Skapa sedan era (minst 2) funktioner med namn och utseenden som du väljer själv. De ska alla vara funktioner av en variabel och ligga på separata ler med lämpliga namn. Du ska nu skriva ett program som kan tabellera, plotta, integrera och bestämma nollställen till funktioner. Programmet ska först fråga efter namnet på funktionen och läsa in det som en textsträng (läs i MATLABs hjälptext för input om hur man läser in strängar). Programmet ska förutom era egna tre funktioner också fungera för MATLABs inbyggda funktioner, som t ex sin och log). Programmet får alltså inte vara skrivet så att det i förväg vet funktionernas namn. Använd MATLAB-funktionen str2func för att omvandla textsträngen till ett funktionshandtag som kan skickas som argument mellan programmets olika delar; gör help str2func eller läs den mer utförliga referenssidan för den funktionen. Sedan ska programmet upprepat för denna funktion erbjuda tabellering, uppritning, integration och/eller nollställeberäkning med hjälp av en meny. Man ska sedan kunna byta funktion och fortsätta med den nya funktionen eller avsluta.

Ni kan använda er av MATLABs inbyggda funktioner som integral och fzero for integration och nollställesberäkning. Dialogen kan se ut enligt exemplet nedan. Vad heter funktionen? funk1 Ditt val: 1 Tabellering: Ange undre gränsen: 1 Ange övre gränsen: 3 Ange antal punkter: 7 x f(x) 1.0000 1.7183 1.5000 1.1067 2.0000-0.6109 2.5000-3.4425 3.0000-6.9145 Ditt val: 4 Beräkna nollställe: Ange ett startvärde: 2 Ett nollställe är x = 1.8572 Ditt val: 5 Välja ny funktion: Vad heter den nya funktionen? sin

Ditt val: 4 Beräkna nollställe: Ange ett startvärde: 6.3 Ett nollställe är x = 6.2832 Ditt val: 6 Tack och hej! 4. Fortsättning: Olinjär skalär ekvation Man vill använda en annan xpunktsiteration för att bestämma rötter till ekvationen i uppgift 2. (a) Visa att ekvationen i uppgift 2 kan skrivas om till xpunktsiterationen x n+1 = 7 8 x n + 5 14 cos (3x n 5). Genomför med papper, penna och miniräknare, två iterationer med startvärdet x 0 = 0. (b) Förklara teoretiskt vilka av ekvationens rötter just denna xpunktsiteration kan konvergera mot om man väljer startgissningar nära rötterna. (c) Skriv ett MATLAB-program som undersöker praktiskt mot vilka rötter just denna xpunktsiteration konvergerar om man väljer startgissningar nära rötterna. Avbryt xpunktsiterationen efter ett maximalt antal iterationer, t.ex. 200, för att undvika en oändlig slinga om metoden inte konvergerar. Stämmer (b)? (d) Välj startvärdet x 0 = 0. Hur många iterationer behövs för att få relativfel högst 0.5 10 9? Skriv ut en tabell som visar hur snabbt korrektionerna avtar och använd denna för att bestämma och konvergensen är linjär eller kvadratisk? 5. Skärning mellan ellipser, ickelinjärt ekvationssystem Beräkna alla skärningspunkter mellan den sneda ellipsen som denieras av 0.4x 2 + y 2 xy = 10 och den ellips med centrum i (4, 2) och halvaxlarna a = 4 och b = 6 (parallella med koordinataxlarna) som beskrivs av (x 4) 2 /a 2 + (y 2) 2 /b 2 = 1. Ellipserna ska ritas 1 och de erhållna skärningspunkterna markeras med en ring. Hur är det med egenskapen kvadratisk konvergens i din algoritm? 1 Den sneda ellipsen skrivs bäst i polär form inför uppritningen.

6. Numerisk derivering, felskattning och extrapolation I den här uppgiften ska vi studera numerisk derivering i ett testproblem där den exakta derivatan är känd. (I nästa laboration kommer vi använda numerisk derivering som ett steg i lösning av dierentialekvationer där vi inte känner till det exakta svaret.) Vi vill approximera derivatan av funktionen numeriskt i punkten x = 2. f(x) = sin (0.6x 2 ) (a) Derivera först funktionen analytiskt. Svar: f (x) = Räkna ut f (2) = (b) Fyll i de tomma rutorna i nedanstående tabell, där: D(h) är centraldierensapproximationen av derivatan med steglängd h, skillnaden D(h) = D(h) D(2h), felskattningen E skatt (h) = D(h)/(2 p 1) är trunkeringsfelets ledande term, (där p är centraldierensens noggrannhetsordning vad är p?), felet E(h) = D(h) f (2), extrapolerade värdet D extr (h) = D(h) + E skatt (h) är approximationen förbättrad med Richardsonextrapolation. Hur bra är felskattningen här? (c) Skriv ett MATLAB-program som räknar ut D(h) för de fyra steglängderna i tabellen och sedan halverar steglängden minst fyra gånger till. Beräkna felskattningen E skatt (h) och Richardsonextrapolationen D extr (h) samt felen i både D(h) och D extr (h). Plotta felen som en funktion av steglängderna med kommandot loglog och visa hur man kan se nogrannhetsordningen av centraldierensapproximationen och värdet efter Richardsonextrapolation. h D(h) D(h) E skatt (h) E(h) D extr (h) 0.1 1.101802 0.025139 0.05 1.082702 0.019100 0.006039 0.025 1.078158 0.001495 0.0125