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O que já vimos ? Equações Algébricas e Transcendentes O que vamos ver hoje ? Métodos de Quebra VAMOS CONHECER OS MÉTODOS? Método da Bissecção Método da Bissecção Seja F(x) uma função contínua definida no intervalo [a,b] Seja E uma raiz da função, E ϵ (a,b) tal que F(E) = 0. Método da Bissecção O objetivo do método é: Reduzir a amplitude do intervalo que contém a raiz Até atingir a precisão requerida: b - a < ε Através da sucessiva divisão do intervalo [a,b] Método da Bissecção Divide-se o intervalo [a,b] ao meio, obtém-se x1 Dois subintervalos: [a,x1] [x1,b] Se f(x1) = 0 então E = x1 Senão... Método da Bissecção Senão, a raiz estará no subintervalo onde a função tem sinais opostos nos pontos extremos Se f(a).f(x1) < 0 então E ϵ [ a , x1 ] senão se f(a).f(x1) > 0 então E ϵ [ x1 , b ] f(X1) O processo se repete até que o critério de parada seja satisfeito Método da Bissecção Senão, a raiz estará no subintervalo onde a função tem sinais opostos nos pontos extremos Se f(a).f(x1) < 0 então E ϵ [ a , x1 ] senão se f(a).f(x1) > 0 então E ϵ [ x1 , b ] f(X1) O processo se repete até que o critério de parada seja satisfeito Método da Bissecção Senão, a raiz estará no subintervalo onde a função tem sinais opostos nos pontos extremos Se f(a).f(x1) < 0 então E ϵ [ a , x1 ] senão se f(a).f(x1) > 0 então E ϵ [ x1 , b ] f(X1) O processo se repete até que o critério de parada seja satisfeito Método da Bissecção Algoritmo: Se f(a) . f(xn) < 0, então b = xn Senão, a = xn Critério de Parada: |f(xn) | < ε ou | b – a | < ε Restrição: Deve-se conhecer um intervalo que contenha o valor desejado E Método da Bissecção Considerações: As iterações não envolvem cálculos laboriosos Pode ser difícil encontrar um intervalo [a,b], tal que f(a).f(b) < 0, em equações com raízes de multiplicidade par ou muito próximas A convergência é muito lenta Pode ser utilizado apenas para diminuir o intervalo que contém a raiz Método da Bissecção - EXEMPLO Encontre uma estimativa para a raiz de f(x) = ex + x, com erro () menor ou igual a 0,050 Método da Bissecção - EXEMPLO Encontre uma estimativa para a raiz de f(x) = ex + x, com erro () menor ou igual a 0,050 f(0) = 1 f(-0,5) = 0,11 f(-1) = -0,63 A raiz de f(x) ϵ [-1, -0,5] Método da Bissecção - EXEMPLO Encontre uma estimativa para a raiz de f(x) = ex + x, com erro () menor ou igual a 0,050 f(0) = 1 f(-0,5) = 0,11 f(-1) = -0,63 A raiz de f(x) ϵ [-1, -0,5] Método da Bissecção - EXEMPLO a = -1 b = -0,5 x1 = a + b / 2 = (-1 + (-0,5))/ 2 = -0,75 f(x1) = f(-0,75) = -0,28 f(x1) * f(a) > 0 -0,28 * -0,63 > 0 a = x1 | b - a | = 0,25 > 0,050 <= 0,050 Método da Bissecção - EXEMPLO a = -0,75 b = -0,5 x2 = (-0,75 + (-0,5)) / 2 = -0,625 f(x2) = f(-0,625) = -0,09 f(x2) * f(a) > 0 -0,09 * -0,28 > 0 a = x2 | b - a | = 0,125 > 0,050 <= 0,050 Método da Bissecção - EXEMPLO a = -0,625 b = -0,5 x3 = (-0,625 + (-0,5)) / 2 = -0,563 f(x3) = f(-0,563) = 0,01 f(x3) * f(a) < 0 0,01* -0,09 < 0 b = x3 | b - a | = 0,063 > 0,050 <= 0,050 Método da Bissecção - EXEMPLO a = -0,625 b = -0,563 x4 = (-0,625 + (-0,563)) / 2 = -0,594 f(x4) = f(-0,594) = -0,04 f(x4) * f(a) > 0 -0,04 * 0,01 < 0 a = x4 | b - a | = 0,031 < 0,050 <= 0,050 MÉTODO DA BISSECÇÃO Método da Bissecção - Algoritmo Dados iniciais: intervalo [a,b] precisão ε k = 0 (b-a) < ε Ɐ x ϵ [ a , b ] k = k + 1 M = f(a) x = (a+b)/ 2 M . f(x) > 0 a = x FIM b = x sim não não sim Método da Bissecção - EXEMPLO Vamos analisar a função abaixo: f (x) = x3 −9x + 3 ε < 0.001 ξ ∈ [0,1] Método da Bissecção - EXEMPLO Aplicando o método da bissecção, obtemos: x = 0.336914063 Método da Bissecção - Número de Iterações Se tivermos um intervalo inicial [a,b] e uma precisão ε, conseguimos saber quantas iterações devem ser feitas para atingir a condição de parada b−a < ε O Método da Bissecção converge para uma solução através da divisão da amplitude do intervalo inicial por 2 Método da Bissecção - Número de Iterações Como consequência, se queremos calcular a amplitude em uma determinada iteração, podemos utilizar: Com isso, deve-se obter um valor de k, onde bk − ak < ε, portanto: Método da Bissecção - Número de Iterações Voltando ao nosso exemplo: f (x) = x3 −9x + 3 ξ ∈ [0,1] ε < 10−3 Aplicando a fórmula, teremos: K > log(1 – 0) – log(10 -3) > 0 + 3 9,967 10 log(2) 0,3010 Método da Bissecção - Exercício Como poderia ser usado o método da bissecção para estimar o valor de 7? Estime esse valor com uma precisão de (ou erro menor que) 0,02 Método da Falsa Posição Método da Falsa Posição Seja F(x) uma função contínua definida no intervalo [a,b] Seja E uma raiz da função, E ϵ (a,b) tal que F(E) = 0. Método da Falsa Posição Enquanto no método da bissecção, x é a média aritmética entre a e b, no método da falsa posição, x é a média ponderada entre a e b, tendo como pesos |f(b)| e |f(a)| respectivamente x = a|f(b)| + b|f(a)| = af(b) - bf(a) |f(b)| + |f(a)| f(b) – f(a) Método da Falsa Posição Graf icamente , d iv ide-se o in te rva lo [a ,b] na in te rsecção da reta que une os pontos (a , f (a)) e (b , f (b)) com o e ixo x , obtém-se x1 e do is sub inte rva los : [a ,x1] [x1 ,b] Se f (x1) = 0 , então E = x1 Senão. . . Método da Falsa Posição Senão, a raiz estará no subintervalo onde a função tem sinais opostos nos pontos extremos Se f(a).f(x1) < 0, então E ϵ [ a , x1 ] Senão Se f(a).f(x1)>0, então E ϵ [ x1 , b ] O processo se repete até que o cr itér io de parada seja satisfeito Método da Falsa Posição Considerando f(a).f(x1) < 0, então E ϵ [ a , x1 ] Dividi-se novamente o intervalo na intersecção da reta que une os pontos (a,f(a)) e (x1,f(x1)) com o eixo x, obtém-se x2 e dois subintervalos: [a,x2] [x2, x1] Se f(x2) = 0, então E = x2 Senão.. . Método da Falsa Posição Considerando f(a).f(x1) < 0, então E ϵ [ a , x1 ] Dividi-se novamente o intervalo na intersecção da reta que une os pontos (a,f(a)) e (x1,f(x1)) com o eixo x, obtém-se x2 e dois subintervalos: [a,x2] [x2, x1] Se f(x2) = 0, então E = x2 Senão.. . x2 Método da Falsa Posição Se f(x) é continua no intervalo [ a , b ] com f(a).f(b) < 0 então o método gera uma sequência convergente Casos especiais Se f(x) é côncava ou convexa em [a,b] a segunda derivada existe em [ a , b ] e f''(x) não muda de sinal nesse intervalo Tem-se sempre uma das extremidades fixas. Este caso especial chama- se Método das Cordas. Método da Falsa Posição – Casos Especiais f ''(x) > 0, f(a) < 0 e f(b) > 0 b é ponto fixo f ''(x) > 0, f(a) > 0 e f(b) < 0 a é ponto fixo Método da Falsa Posição – Casos Especiais f ''(x) < 0, f(a) < 0 e f(b) > 0 a é ponto fixo f ''(x) < 0, f(a) > 0 e f(b) < 0 b é ponto fixo Método da Falsa Posição Se o ponto fixo existir e for razoavelmente próximo da raiz, o método tem boa convergência. Caso contrário, pode ser mais lento que o da bissecção Método da Falsa Posição Aplicando o método da falsa posição, obtemos: x = 0.337635046 Método da Falsa Posição Encontrar a menor raiz positiva da função de quarto grau f(x) = x4 - 26x2 + 24x + 21 até que o erro absoluto seja igual ou inferior a 0,01. Os cálculos devem ser efetuados com 3 casas decimais e com arredondamento. Método da Falsa Posição f(x) = xlog(x) – 1 < 0.01 (imagem) Dúvidas? REFERÊNCIAS RUGGIERO, Márcia. A. G. et LOPES, Vera. Lúcia R. Cálculo Numérico, Aspectos Teóricos e Computacionais. São Paulo: Pearson Makron Books, 1996. Até a próxima aula...
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