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Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 1 1. Calcular a área da superfície terrestre usando a formulação A =4p 2r . Resolução: Aproximações (ERROS): MODELAGEM: a Terra é modelada como uma esfera, uma idealização de sua forma verdadeira. O raio da Terra é obtido por medidas empíricas e cálculos prévios. RESOLUÇÃO: o valor de p requer o truncamento de um processo infinito; os dados de entrada e os resultados de operações aritméticas são arredondados pelo computador. 2. Calcular os erros absoluto e relativo, nos itens a) e b). a) x =1,5 e x =1,49; b) y =5,4 e y =5,39. Resolução: a) xEA =0,01= 210- b) yEA =0,01= 210- xER =0,00666667 yER =0,00185185 3. Arredondar p na quarta casa decimal, sendo que p=3,1415926535¼ Resolução: id =5 e 1+id =9>5 Þ id +1=5+1=6. Logo: p=3,1416. 4. Aproximar p truncando na quarta casa decimal, sendo que p=3,1415926535¼ Resolução: id =5 Þ p=3,1415. 5. Sabendo-se que xe pode ser escrito como xe =å ¥ =0i i i x ! , faça a aproximação de 2e através de um truncamento após quatro termos da somatória. Resolução: xe =å ¥ =0i i i x ! =1+ x + !2 2x + !3 3x + !4 4x + !5 5x +¼ Truncando-se após quatro termos, tem-se: 2e =1+2+ !2 22 + !3 23 =1+2+ 2 4 + 6 8 =5+ 3 4 = 3 19 . 6. Considerando no sistema de base 10, b=10, represente os seguintes números, em aritmética de ponto flutuante: a) 0,34510; b) 31,41510. Resolução: a) 0,34510 = êë é 10 3 + 210 4 + úû ù 310 5 * 010 ; b) 31,41510= êë é 10 3 + 210 1 + 310 4 + 410 1 + úû ù 510 5 * 210 . 7. Considerando no sistema binário, b=2, represente o número 1012 em aritmética de ponto flutuante. Resolução: 1012 = 0,101* 32 = êë é 2 1 + 22 0 + úû ù 32 1 * 32 . Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 2 8. 10112 = 10x . Resolução: 10112 = 0,1011* 42 = êë é 2 1 + 22 0 + 32 1 + úû ù 42 1 * 42 = 32 +2+1=11 Þ 10112 = 1110 Þ x =11. 9. 11,012 = 10x . Resolução: 11,012 = 0,1101* 22 = êë é 2 1 + 22 1 + 32 0 + úû ù 42 1 * 22 =2+1+ 22 1 =3,25 Þ 11,012 = 3,2510 Þ x =3,25. 10. 403,125 = 10x . Resolução: 403,125 = 0,40312* 35 = êë é 5 4 + 25 0 + 35 3 + 45 1 + úû ù 55 2 * 35 =4* 25 +0+3+ 5 1 + 25 2 =100+3+0,2+0,08=103,28 Þ 403,125 = 103,2810 Þ x =103,28. 11. Converta 5910 para a base 2. Resolução: N =59 e b=2 Þ N ³b 59 2 1 29 2 1 14 2 0 7 2 1 3 2 1 1 Þ 5910 = 1110112 12. Converta 5910 para a base 3. Resolução: N =59 e b=3 N ³b 59 3 2 19 3 1 6 3 0 2 Þ 5910 = 20123 · b) PARTE FRACIONÁRIA ( F ): Multiplica-se F por b e toma-se a parte inteira do produto como o primeiro dígito do número na base b . Repete-se o processo com a parte fracionária do produto tomando sua parte inteira. Continua-se até que a parte fracionária seja igual a zero. Nos exercícios a seguir, determinar o valor de x : Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 3 13. 0,187510 = 2x . Resolução: 0,1875 0,375 0,75 0,5 ´2 ´2 ´2 ´2 0,3750 0,750 1,50 1,0 Þ 0,187510 = 0,00112. 14. 0,610 = 2x . Resolução: 0,6 0,2 0,4 0,8 0,6 ¼ ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 1,2 0,4 0,8 1,6 1,2 ¼ Þ 0,610 = 0,10011001¼2. 15. 13,2510 = 2x . Resolução: · a) 1310 = ? N =13 e b=2 Þ N ³b 13 2 1 6 2 0 3 2 1 1 Þ 1310 = 11012. · b) 0,2510 = ? 0,25 0,5 ´2 ´2 0,50 1,0 Þ 0,2510 = 0,012. · Logo: 13,2510 = 1310 + 0,2510 = 11012 + 0,012 = 1101,012. Transforme para a base que se pede (determine o valor de x ). 16. 100101,10012 = 10x . Resolução: 100101,10012 = 0,1001011001* 62 = êë é 2 1 + 22 0 + 32 0 + 42 1 + 52 0 + 62 1 + 72 1 + 82 0 + 92 0 + úû ù 102 1 * 62 = 52 + 22 +1+ 2 1 + 42 1 =32+4+1+0,5+0,0625=37,5625 Þ 100101,10012 = 37,562510 Þ x =37,5625. Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 4 17. 19,3867187510 = 4x . Resolução: · a) 1910 = ? N =19 e b=4 Þ N ³b 19 4 3 4 4 0 1 Þ 1910 = 1034. · b) 0,3867187510 = ? 0,38671875 0,546875 0,1875 0,75 ´4 ´4 ´4 ´4 1,54687500 2,187500 0,7500 3,00 Þ 0,3867187510 = 0,12034. · Logo: 19,3867187510 = 1910 + 0,3867187510 = 1034 + 0,12034 = 103,12034. 18. Transforme a medida 35 h 48 min 18 seg para minutos. DICA: 35:48,1860 = 10x min . Resolução: 35:48,1860 = 0,35:48:18* 260 = êë é 60 35 + 260 48 + úû ù 360 18 * 260 = 35*60 + 48 + 60 18 = 2100 + 48 + 0,3 = 2148,3 Þ 35:48,1860 = 2148,310. Þ 35h 48 min 18 seg = 2148,3 min . 19. Transforme 35,805 horas para horas, minutos e segundos. DICA: 35,80510 = 60x . Resolução: · a) 3510 = ? N =35 e b=60 Þ N <b Þ 3510 = 3560. · b) 0, 80510 = ? 0,805 0,3 ´60 ´60 48,300 18,0 Þ 0, 80510 = 0,48:1860. · Logo: 35,80510 = 3510 + 0, 80510 = 3560 + 0,48:1860 = 35,48:1860. Þ 35,805h = 35h 48 min 18 seg . Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 5 20. Preencher a tabela a seguir, com base nos parâmetros: t =3, b=10, I =-5, S =5 e -5£ exp£5. Número Truncamento Arredondamento -6,48 -0,648*10 -0,648*10 0,0002175 0,217* 310- 0,218* 310- 3498,3 0,349* 410 0,35* 410 -0,00000001452 -0,145* 710- -0,145* 710- Þ UNDERFLOW 2379441,5 0,237* 710 0,238* 710 Þ OVERFLOW OBS. 1: Deve-se converter os valores para a aritmética de ponto flutuante com 3 algarismos significativos. Nos exercícios seguintes, calcular o valor das expressões utilizando aritmética de ponto flutuante com 3 algarismos significativos. 21. (4,26 + 9,24) + 5,04 Resolução: 13,5 + 5,04 = 18,5. 22. 4,26 + (9,24 + 5,04) Resolução: 4,26 + 14,3 = 18,6. 23. (4210 - 4,99) - 0,02 Resolução: 4210 - 0,02 = 4210. 24. 4210 - (4,99 + 0,02) Resolução: 4210 - 5,01 = 4200. 25. 7 2 *(4,0237 - 6,106) Resolução: 0,286*(4,02 - 6,11) = 0,286*(-2,09) = -0,598. 26. 7 1066023742 ),,( -* Resolução: 7 0922 ),(-* = 7 184,- = -0,597. 27. Sendo b=10, t =4 e expÎ[-5,5], calcule: a) 42450 + å = 10 1 3 i ; b) å = 10 1 3 i + 42450. Resolução: · a) 42450 + å = 10 1 3 i = 42450 = 0,4245* 510 ; · b) å = 10 1 3 i + 42450 = 30 + 42450 = 42480 = 0,4248* 510 . Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 6 Nos exercícios seguintes, converter os números para a base decimal, determinando o valor da variável x : 28. 11000112 = 10x . Resolução: 11000112 =0, 1100011* 72 = êë é 2 1 + 22 1 + 32 0 + 42 0 + 52 0 + 62 1 + úû ù 72 1 * 72 = 62 + 52 +2+1 = 99 Þ 11000112 = 9910 Þ x =99. 29. 11111112 = 10x . Resolução: 11111112 =0, 1111111* 72 = êë é 2 1 + 22 1 + 32 1 + 42 1 + 52 1 + 62 1 + úû ù 72 1 * 72 = 62 + 52 + 42 + 32 + 22 +2+1 = 127 Þ 11111112 = 12710 Þ x =127. 30. 10101012 = 10x . Resolução: 10101012 =0, 1010101* 72 = êë é 2 1 + 22 0 + 32 1 + 42 0 + 52 1 + 62 0 + úû ù 72 1 * 72 = 62 + 42 + 22 +1 = 85 Þ 10101012 = 8510 Þ x =85. 31. 101,00112 = 10x . Resolução: 101,00112 = 0, 1010011* 32 = êë é 2 1 + 22 0 + 32 1 + 42 0 + 52 0 + 62 1 + úû ù 72 1 * 32 = 22 +1+ 32 1 + 42 1 = 5 + 0,125 + 0,0625 = 5 + 0,1875 = 5,1875 Þ 101,00112 = 5,187510 Þ x =5,1875. 32. 0,01111112 = 10x . Resolução: 0,01111112 = 0, 111111* 12- = êë é 2 1 + 22 1 + 32 1 + 42 1 + 52 1 + úû ù 62 1 * 12- = 22 1 + 32 1 + 42 1 + 52 1 + 62 1 + 72 1 = 0,25 + 0,125 + 0,0625 + 0,03125 + 0,015625 + 0,0078125 = 0,4921875 Þ 0,01111112 = 0,492187510 Þ x =0,4921875. 33. 1,0100112 = 10x . Resolução: 1,0100112 = 0, 1010011*2= êë é 2 1 + 22 0 + 32 1 + 42 0 + 52 0 + 62 1 + úû ù 72 1 *2 =1+ 22 1 + 52 1 + 62 1 = 1 + 0,25 + 0,03125 + 0,015625 = 1,296875 Þ 1,0100112 = 1,29687510 Þ x =1,296875. Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 7 Nos exercícios seguintes, converter os números para a base binária,determinando o valor da variável x : 34. 3710 = 2x . Resolução: N =37 e b=2 Þ N ³b 37 2 1 18 2 0 9 2 1 4 2 0 2 2 0 1 Þ 3710 = 1001012 35. 234510 = 2x . Resolução: N =2345 e b=2 Þ N ³b 2345 2 1 1172 2 0 586 2 0 293 2 1 146 2 0 73 2 1 36 2 0 18 2 0 9 2 1 4 2 0 2 2 0 1 Þ 234510 = 1001001010012 36. Cálculo Numérico Noções básicas sobre Erros Lauro / Nunes 8 37. Determine x com 36 dígitos: 0,121710 = 2x . Resolução: 0,1217 0,2434 0,4868 0,9736 0,9472 0,8944 0,7888 0,5776 0,1552 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 0,2434 0,4868 0,9736 1,9472 1,8944 1,7888 1,5776 1,1552 0,3104 0,3104 0,6208 0,2416 0,4832 0,9664 0,9328 0,8656 0,7312 0,4624 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 0,6208 1,2416 0,4832 0,9664 1,9328 1,8656 1,7312 1,4624 0,9248 0,9248 0,8496 0,6992 0,3984 0,7968 0,5936 0,1872 0,3744 0,7488 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 1,8496 1,6992 1,3984 0,7968 1,5936 1,1872 0,3744 0,7488 1,4976 0,4976 0,9952 0,9904 0,9808 0,9616 0,9232 0,8464 0,6928 0,3856 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 0,9952 1,9904 1,9808 1,9616 1,9232 1,8464 1,6928 1,3856 0,7712 Þ 0,121710 = 0,0001111100100111101110110010111111102. 38. Determine x com 8 dígitos: 2,4710 = 2x . Resolução: · a) 210 = ? N =2 e b=2 Þ N ³b 2 2 0 1 Þ 210 = 102. · b) 0, 4710 = ? 0,47 0,94 0,88 0,76 0,52 0,04 0,08 0,16 0,32 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 ´2 0,94 1,88 1,76 1,52 1,04 0,08 0,16 0,32 0,64 Þ 0, 4710 = 0,011110002. Logo: 2,4710 = 210 + 0, 4710 = 102 + 0,011110002 = 10, 011110002.