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

Relevanta dokument
Ickelinjära ekvationer

Icke-linjära ekvationer

Icke-linjära ekvationer

Sammanfattninga av kursens block inför tentan

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

LABORATION cos (3x 2 ) dx I =

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

Lösningsförslag Tentamen i Beräkningsvetenskap I, 5.0 hp,

Tentamen i Beräkningsvetenskap I och KF, 5.0 hp,

Numerisk Analys, MMG410. Lecture 10. 1/17

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

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

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

Tentamen i Beräkningsvetenskap I/KF, 5.0 hp,

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

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

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

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

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

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

MMA132: Laboration 2 Matriser i MATLAB

Kapitel 4. Iterativ lösning av ekvationer

Denna föreläsning. DN1212 Numeriska metoder och grundläggande programmering FN Felfortplantning och kondition

Lösningsanvisningar till de icke obligatoriska workoutuppgifterna

Konvergens för iterativa metoder

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

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

Varning!!! Varning!!!

Gruppuppgifter 1 MMA132, Numeriska metoder, distans

Labb 3: Ekvationslösning med Matlab (v2)

6 Derivata och grafer

Linjärisering och Newtons metod

Lösningsanvisningar till de icke obligatoriska workoutuppgifterna

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

Sammanfattning (Nummedelen)

Ordinära differentialekvationer,

Tentamen TAIU07 Matematiska beräkningar med MATLAB för MI

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

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

Newtons metod och arsenik på lekplatser

Numeriska metoder, grundkurs II. Dagens program. Hur skriver man en funktion? Administrativt. Hur var det man gjorde?

Bisektionsalgoritmen. Kapitel Kvadratroten ur 2

Institutionen för Matematik. F1 - Linjär algebra och numerisk analys, TMA671 Svar till övningar i Heath s bok och extraövningar

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

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

Tentamen TAIU07 Matematiska beräkningar med MATLAB för MI

Omtentamen i DV & TDV

En matematiklärarkollega hade tillsammans med sin klass noterat att talet

Block 2: Lineära system

Tentamen i Beräkningsvetenskap I (1TD393)

Kort sammanfattning av Beräkningsvetenskap I. Varning!!! Varning!!!

) + γy = 0, y(0) = 1,

Lösningsanvisningar till de icke obligatoriska workoutuppgifterna

Akademin för utbildning, kultur och kommunikation MMA132 Numeriska Metoder Avdelningen för tillämpad matematik Datum: 2 juni 2014

Laboration 3. Funktioner, vektorer, integraler och felskattning

Facit Tentamen i Beräkningsvetenskap I (1TD393 - nya versionen, 5hp!)

Matematisk analys för ingenjörer Matlabövning 2 Numerisk ekvationslösning och integration

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

Intervallhalveringsmetoden, GKN sid 73. Sekantmetoden, GKN sid 79

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

TENTAMEN I GRUNDKURS I NUMERISKA METODER - DEL 20

Linjärisering, Jacobimatris och Newtons metod.

Tentamen i Beräkningsvetenskap I och KF, 5.0 hp,

Rubriken ovan är titeln på en känd bok vars författare Niklaus Wirth är

Laboration 3. Funktioner, vektorer, integraler och felskattning

Tentamen i: Beräkningsvetenskap I och KF

Tentamen i Beräkningsvetenskap I, DV, 5.0 hp, OBS: Kurskod 1TD394

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

Tentamen i Beräkningsvetenskap II, 5.0 hp,

Tentamen TAIU07 Matematiska beräkningar med MATLAB för MI

Inbyggda funktioner i MATLAB

Numeriska metoder, grundkurs II. Dagens program. Gyllenesnittminimering, exempel Gyllenesnittetminimering. Övningsgrupp 1

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

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

Armin Halilovic: EXTRA ÖVNINGAR

Om datorns användning matematikundervisningen

Pythons standardbibliotek

Tentamensuppgifter, Matematik 1 α

Laboration 1. Ekvationslösning

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

TAYLORS FORMEL VECKA 4

MMA132: Laboration 1 & 2 Introduktion till MATLAB

6. Samband mellan derivata och monotonitet

Lösningsförslag till inlämningsuppgift 3 i Beräkningsprogrammering Problem 1) function condtest format compact format long

MMA132: Laboration 1 Introduktion till MATLAB

Numeriska metoder för ODE: Teori

För teknologer inskrivna H06 eller tidigare. Skriv GAMMAL på omslaget till din anomyna tentamen så att jag kan sortera ut de gamla teknologerna.

LAB 3. INTERPOLATION. 1 Inledning. 2 Interpolation med polynom. 3 Splineinterpolation. 1.1 Innehåll. 3.1 Problembeskrivning

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Lösningar till kryssproblemen 1-5. Uppgifter till lektion 1: = 10 x. = x 10.

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

Från förra gången: Newton-Raphsons metod

Programkonstruktion och Datastrukturer

FMNF15 HT18: Beräkningsprogrammering Numerisk Analys, Matematikcentrum

Tentamen i Beräkningsvetenskap II, 5.0 hp,

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

SF1661 Perspektiv på matematik Tentamen 24 oktober 2013 kl Svar och lösningsförslag. z 11. w 3. Lösning. De Moivres formel ger att

Iterativa metoder för linjära ekvationssystem

Tentamen TANA17 Matematiska beräkningar Provkod: DAT1 Godkänd: 8p av totalt 20p Tid: 14:e januari klockan

Envariabel SF1625: Föreläsning 11 1 / 13

Tentamen i Beräkningsvetenskap II, 5.0 hp,

Transkript:

Block 5: Ickelineära ekvationer Löpsedel: Icke-lineära ekvationer Varför är det svårt att lösa ickelineära ekvationer? Iterativa metoder Bisektion/intervallhalvering Newton-Raphsons metod Noggrannhet/stoppvillkor hastighet/eekveringstid Läroboken Tillämpningseempel Kap 5. (s 4-6), 5.4 (s 22-28), 5.6 (s.32-35) Kap 6.2 (s 44-49), 6.4 (s 5-54), 6.6 (s 57-6) Standardformulering av ickelineär ekvation: f() = 0 Ekvationen representeras i Matlab genom att vi definierar en Matlabfunktion som beskriver f() Matlabs inbyggda kommando för att lösa f() = 0 heter fzero fzero hittar ett nollställe per anrop Kräver startgissning Använda fzero kräver viss kunskap om problemet och var man ska leta Plott ger ingen vettig information! Andel av ett visst kan bara anta värden mellan 0 och. Ny plott: Problem för värdet. Visar sig att det blir division med noll

Ekludera, t e mellan 0 och 0.8. Ny plott igen: Bättre. Här kan man se att det finns ett nollställe någonstans nära 0 Obs att det a intressanta i grafen är själva nollstället. Grafen i övrigt betyder ingenting. Ickelinjära i Matlab Skriv först på formen f() = 0 => problemet blir att hitta nollställe Använd fzero @func kallas för ett f() = 0 funktionshandtag 0 är startgissning = fzero(@func, 0) I matlabfunktionen func finns f() definierad Går även att använda intervall som gissning = fzero(@func, [ 2]) Vad gör fzero? fzero bygger på en kombination av två olika grundalgoritmer: bisektionsmetoden Sekantmetoden, en variant av Newton- Raphsons metod (dessutom används invers interpolation, som vi hoppar över här) Kan datorn inte bara räkna ut lösningen...? Det finns väl formler för lösningarna? Nej!! Polynomekvationer kan bara lösas upp till grad 4 Eakt lösning i matematisk mening ger sällan siffervärden Hur beräknas egentligen 2? Tumregel: Icke-linjära problem iterativa metoder Iterativ metod I en iterativ metod låter man 0 vara en startgissning Man bildar sedan { } k k som en = följd av approimationer till den eakta lösningen Om konvergens så är = I praktiken kan man aldrig nå dit utan man stannar när tolerans uppfylld Hur bra kan det bli på en dator? 2

Iterativ metod - princip Bisektionsmetoden, idé = startgissning = ny gissning Kan lyckas konvergens eller misslyckas divergens Hur snabbt metoden hittar lösningen - konvergenshastighet a m Idé: - Halvera intervallet - Välj den del där teckenbyte finns som nytt intervall - Upprepa * b Etc tills intervallet tillräckligt litet Bisektionsmetoden, pseudokod Newton-Raphsons idé Indata: Startintervall [a, b] så att f(a) och f(b) har olika tecken l = a; u = b r = l + (u-l)/2 if sign(f(l))==sign(f(r)) then l = r else u = r Idé: - Hitta nollställe till tangenten i en punkt - Välj detta nollställe som ny punkt - Upprepa tills tillräckligt nära lösningen * 2 0 f() Från idé till formel Newton-Raphsons metod, pseudokod Tangentens lutning: f ( 0 ) Tangentens lutning: (0-f( 0 ))/( - 0 ) ( 0, f( 0 )) Ger: = 0 f(0)/f (0) (, 0) f() = startgissning = f()/fprime() Tänker oss att fprime innehåller f (), kan även beräknas numeriskt 0 3

Newton-Raphsons brister Newton-Raphsons metod är snabb men... ganska mycket kan gå fel Hamnar nära eller i etrempunkt => f ( k ) blir 0 eller nästan 0 Svårt att förutse vilket nollställe som hittas, någon punkt hamnar på en plats så att tangenten skjuter iväg till ett annat nollställe Kan även hamna i f ( k ) = 0 cykliska förlopp studsar hela tiden mellan samma sekvens av värden Robustare: Bisektion + N-R Man kan visa att N-R konvergerar om startgissningen är tillräckligt nära lösningen Hur kommer man tillräckligt nära? Koppla in Bisektionsmetoden, t e så här:. Bestäm ett intervall där nollstället finns 2. Kör N-R 3. Om konvergens så klart annars (N-R t e hamnat utanför intervallet) koppla in Bisektion några steg för att minska intervallet 4. Gå till punkt med nytt intervall Kombinerar N-R:s snabbhet och Bisektions säkerhet. fzero innehåller en mer sofistikerad algoritm enligt samma princip. Hittills Vilket stoppvillkor? Man brukar använda k < tol k < tol eller där tol ges av användaren Om skillnaden mellan två steg liten bör man vara nära roten Används som uppskattning av felet Kan man inte använda f( ) < tol? Problem vid diffus skärning k + k k + k Lång från, stort avstånd mellan och k men f( ) 0 Lång från, stort avstånd mellan och k och f( ) 0 Viktigt att metoder konvergerar snabbt, mäts med konvergenskvot: lim k + = C, C konstant k r k r =, C< => linjär konvergens r = 2 => kvadratisk konvergens r = 3 => kubisk konvergens Gäller i limes, men kan ses när man närmar sig lösningen 4

Tolkning: fel i iteration = C (fel i iteration k) r Har man felet i iteration k vet man alltså vad felet i nästa iteration blir Hur vet man felet, inte känd? Man använder uppskattning k eller k k + Test >> [,f,fel] = NewtonRaphson(@func, 3); >> [ fel fel.^2] ans = 3.0000.0000e+000.0000e+000 2.3320 6.6802e-00 4.4625e-00.9228 4.0920e-00.6744e-00.7604.6237e-00 2.6363e-002.7346 2.5795e-002 6.6536e-004.7340 6.2460e-004 3.902e-007.7340 3.6208e-007.30e-03 Fel vid iteration är ungefär felet vid iteration k i kvadrat => kvadratisk konvergens hos Newton-Raphson Vilken konvergenskvot har Bisektion? Felet halveras varje steg, dvs fel steg k + = 2 fel steg k Linjär konvergens med C=/2 Detta gör att Newton-Raphson konvergerar MYCKET snabbare (Bisektion å andra sidan säkrare) 5