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MODELAGEM MATEMÁTICA Lupa Calc. EEX0122_202002141174_TEMAS Aluno: JOSÉ NILTON BASONI JÚNIOR Matr.: 202002141174 Disc.: MODELAGEM MATEMÁTICA 2022.1 - F (G) / EX Prezado (a) Aluno(a), Você fará agora seu TESTE DE CONHECIMENTO! Lembre-se que este exercício é opcional, mas não valerá ponto para sua avaliação. O mesmo será composto de questões de múltipla escolha. Após responde cada questão, você terá acesso ao gabarito comentado e/ou à explicação da mesma. Aproveite para se familiarizar com este modelo de questões que será usado na sua AV e AVS. 1. Sabendo-se que a=3, b=5 e c='3', assinale a alternativa que possui uma expressão em cujo resultado o compilador Python será True. b>c a>b a != c a=b a=c Data Resp.: 29/04/2022 21:37:07 Explicação: Gabarito: a != c Justificativa: As variáveis a e b são números inteiros e c é uma string, pois encontra-se entre aspas simples, logo, embora a representação numérica seja a mesma, a e c são de tipos diferentes. 2. Qual é o formato principal de declarar e formatar string no Python 3? Aspas duplas e Hashtag Aspas duplas e Parênteses Aspas simples e Aspas duplas Hashtag e Parênteses Aspas simples e Parênteses Data Resp.: 29/04/2022 21:38:05 Explicação: Gabarito: Aspas simples e Aspas duplas Justificativa: os strings são sempre definidos com aspas simples ou duplas. 3. Durante um experimento físico em um laboratório foram obtidos os seguintes dados: Determine a função qf(x)=m1log(x)+m2cos(x)+m3 ex ue melhor se ajuste aos dados e calcule f(5.1) 8.41 7.41 6.41 5.41 4.41 Data Resp.: 29/04/2022 21:38:26 Explicação: Executando o seguinte script: 4. Durante um experimento físico em um laboratório foram obtidos os seguintes dados: Determine a função f(x)=m0(1+ e m1x)que melhor se ajuste aos dados e calcule f(3.1) 4.04 3.04 5.04 1.04 2.04 Data Resp.: 29/04/2022 21:38:40 Explicação: Executando o seguinte script: 5. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor da integral de cos(-x) no intervalo de 0 a 1. Divida o intervalo de integração em 10 partes. Utilize o método dos Retângulos: 0,942 0,642 0,542 0,842 0,742 Data Resp.: 29/04/2022 21:38:49 Explicação: A resolução do problema de integração numérica em um intervalo definido requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A função a ser integrada; - O valor inicial do intervalo de integração; - O valor final do intervalo de integração; e - A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo). Neste exemplo, temos que: - A função a ser integrada é f(x) = cos(-x); - O valor inicial do intervalo de integração é 0; - O valor final do intervalo de integração é 1; e - O intervalo de integração é dividido em 10 partes, de modo que o tamanho de cada intervalo é 0,1. Assim, aplicando os conceitos do método dos Retângulos, temos o seguinte código em Python: import numpy as np import math f = lambda x: np.cos(-x) a = 0; b = 1; N = 10 x = np.linspace(a,b,N+1) y = f(x) dx = (b-a)/N x_medio = np.linspace(dx/2,b - dx/2,N) soma_retangulo = np.sum(f(x_medio) * dx) print("Integral:",soma_retangulo) O resultado obtido corresponde à alternativa indicada como correta na questão. 6. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor da integral de -x2 no intervalo de 0 a 1. Divida o intervalo de integração em 10 partes. Utilize o método dos Retângulos: -0,333 -0,433 -0,533 -0,233 -0,133 Data Resp.: 29/04/2022 21:39:01 Explicação: A resolução do problema de integração numérica em um intervalo definido requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A função a ser integrada; - O valor inicial do intervalo de integração; - O valor final do intervalo de integração; e - A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo). Neste exemplo, temos que: - A função a ser integrada é f(x) = -x2; - O valor inicial do intervalo de integração é 0; - O valor final do intervalo de integração é 1; e - O intervalo de integração é dividido em 10 partes, de modo que o tamanho de cada intervalo é 0,1. Assim, aplicando os conceitos do método dos Retângulos, temos o seguinte código em Python: i mport numpy as np import math f = lambda x: -x**2 a = 0; b = 1; N = 10 x = np.linspace(a,b,N+1) y = f(x) dx = (b-a)/N x_medio = np.linspace(dx/2,b - dx/2,N) soma_retangulo = np.sum(f(x_medio) * dx) print("Integral:",soma_retangulo) O resultado obtido corresponde à alternativa indicada como correta na questão. 7. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(1) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = y2, sendo y(0) = 0,3. Considere h = 0,10. Utilize o método de Runge-Kutta: 0,489 0,509 0,429 0,449 0,469 Data Resp.: 29/04/2022 21:39:12 Explicação: A resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; - O ponto inicial; - O ponto final; - A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e - O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = y2; - O ponto inicial é 0; - O ponto final é 1; - O tamanho de cada intervalo é 0,1; e - O valor da função no ponto inicial é 0,3. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: Executando o código indicado, você obterá a resposta 0.428 . 8. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(3) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = cos(y) + sen(y), sendo y(0) = 0,3. Considere h = 0,30. Utilize o método de Runge-Kutta: 2,409 2,309 2,509 2,609 2,709 Data Resp.: 29/04/2022 21:39:18 Explicação: A resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; - O ponto inicial; - O ponto final; - A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e - O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = cos(y) + sen(y); - O ponto inicial é 0; - O ponto final é 3; - O tamanho de cada intervalo é 0,3; e - O valor da função no ponto inicial é 0,3. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: Executando o código indicado, você obterá a resposta 2.308 9. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(1) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = y2, sendo y(0) = 0,2. Considere h = 0,10. Utilize o método de Runge-Kutta: 0,27 0,25 0,33 0,31 0,29 Data Resp.: 29/04/2022 21:39:30 Explicação: Aa resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; - O ponto inicial; - O ponto final; - A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e - O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = y2; - O ponto inicial é 0; - O ponto final é 1; - O tamanho de cada intervalo é 0,1; e - O valor da função no ponto inicial é 0,2. Isso posto, utilize o método indicado a seguir:Executando o código indicado, você obterá a resposta 0.249 10. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = y2, sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: 15,648 15,548 15,348 15,748 15,448 Data Resp.: 29/04/2022 21:39:36 Explicação: Como vimos neste tema, a resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; O ponto inicial; O ponto final; A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = y2; O ponto inicial é 0; O ponto final é 0,4; O tamanho de cada intervalo é 0,1; e O valor da função no ponto inicial é 3. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: Disc.: MODELAGEM MATEMÁTICA Aluno(a): JOSÉ NILTON BASONI JÚNIOR 202002141174 Acertos: 10,0 de 10,0 29/04/2022 1a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Calcule o valor aproximado de x na equação √x+√x−1=3◂=▸x+x−1=3, utilizando o método de Newton com chute inicial igual a 6 e com 5 iterações. 0,2777 2.7777 0,1777 0,32000 1.7777 Respondido em 29/04/2022 21:45:00 Explicação: Gabarito: 2.7777 Justificativa: Substituindo os dados da questão e fazendo a i=xi=x, temos a seguinte função, na qual desejamos encontrar a raiz: f(x)=√x+√x−1−3◂=▸f(x)=◂−▸x+x−1−3 Aplicando o método de Newton: import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def f(x): return np.sqrt(x) + np.sqrt(x-1) -3 def df(x): return 1/2*((1/np.sqrt(x)) + (1/np.sqrt(x-1))) x= np.linspace(1,10,1001) y= f(x) plt.plot(x,y) def newton(chute, iteracoes=10): raiz = chute for i in range(iteracoes): raiz = raiz - f(raiz)/df(raiz) return raiz print(`x=¿,newton(6,5)) x=2.777777777777777 2a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Suponha que um computador arredonde para 2 casas decimais os números escritos na notação de ponto flutuante e considere a função: f(x)=(cosx)21+senx◂=▸f(x)=◂◽˙▸(cosx)2◂+▸1+senx Sabendo que o valor exato de f(1,5)=0,002505013◂=▸f(1,5)=0,◂#▸002505013, determine o erro relativo no cálculo de f(x)f(x), onde sen(1.5)◂⋅▸sen(1.5) e cos(1.5)◂⋅▸cos(1.5) são, aproximadamente, igual a 1 e 0,071. 0,03 0,02 1 0,003 0,002 Respondido em 29/04/2022 21:45:43 Explicação: Gabarito: 0,002 Justificativa: Tem-se: (cos(1,5))2=0,005◂,▸◂◽˙▸(◂⋅▸cos(1,5))2=0,005 e sen(1.5)+1=2◂⋅▸sen(1.5)+1=2, logo g(1.5)=0,005/2=0,0025◂,▸◂=▸g(1.5)=0,005/2=0,0025 e=0,002505013−0,00250,002505013=0,002◂=⋯▸e=◂,▸0,◂#▸002505013−0,00250,◂#▸002505013=0,002 3a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Dado o sistema: ∣∣ ∣ ∣ ∣∣224−2132131311342∣∣ ∣ ∣ ∣∣◂|::|▸|224−2132131311342|∣∣ ∣ ∣ ∣∣x1x2x3x4∣∣ ∣ ∣ ∣∣◂⟨:⟩▸|x1x2x3x4|= ∣∣ ∣ ∣ ∣∣10171827∣∣ ∣ ∣ ∣∣|10171827| Calcule a soma x1+x2+x3+x4 usando o método Gauss-Jordan 13 11 9 10 12 Respondido em 29/04/2022 21:49:15 Explicação: No Python usando método Gauss Jordan: 4a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 O método de Gauss-Jordan transforma a matriz A do sistema Ax=b, em uma matriz: Identidade. Triangular superior. Pentadiagonal. Triangular inferior. Tridiagonal. Respondido em 29/04/2022 21:49:58 Explicação: Por definição o método Gauss Jordan transforma a matriz A numa matriz identidade. 5a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor da integral de x - cos(x) no intervalo de 1 a 2. Utilize o método de Romberg, com aproximação até n = 2: 1,47217 1,45217 1,43217 1,41217 1,49217 Respondido em 29/04/2022 22:05:05 Explicação: A resolução do problema de integração numérica em um intervalo definido requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A função a ser integrada; - A técnica de integração a ser utilizada; - O valor inicial do intervalo de integração; - O valor final do intervalo de integração; e - A quantidade de partições (n) Neste exemplo, temos que: - A função a ser integrada é f(x) = x - cos(x); - A técnica de integração a ser utilizada é a Extrapolação de Romberg; - O valor inicial do intervalo de integração é 1; - O valor final do intervalo de integração é 2; e - A quantidade de partições é dada por 2n, sendo n = 2. Assim, aplicando os conceitos para o método de Romberg, temos o código em Python indicado a seguir: import scipy as sp from scipy import integrate func = lambda x: x - sp.cos(x) result = integrate.romberg(func, 1, 2, show=True) 6a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor da integral de x - sen(x) no intervalo de 1 a 2. Utilize o método de Romberg, com aproximação até n = 2: 0,50355 0,56355 0,52355 0,54355 0,58355 Respondido em 29/04/2022 22:04:33 Explicação: A resolução do problema de integração numérica em um intervalo definido requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A função a ser integrada; - A técnica de integração a ser utilizada; - O valor inicial do intervalo de integração; - O valor final do intervalo de integração; e - A quantidade de partições (n) Neste exemplo, temos que: - A função a ser integrada é f(x) = x - sen(x); - A técnica de integração a ser utilizada é a Extrapolação de Romberg; - O valor inicial do intervalo de integração é 1; - O valor final do intervalo de integração é 2; e - A quantidade de partições é dada por 2n, sendo n = 2. Assim, aplicando os conceitos para o método de Romberg, temos o código em Python indicado a seguir: import scipy as sp from scipy import integrate func = lambda x: x - sp.sin(x) result = integrate.romberg(func, 1, 2, show=True) 7a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(1) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = y2, sendo y(0) = 0,2. Considere h = 0,10. Utilize o método de Runge-Kutta: 0,29 0,25 0,27 0,31 0,33 Respondido em 29/04/2022 22:10:48 Explicação: Aa resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; - O ponto inicial; - O ponto final; - A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e - O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = y2; - O ponto inicial é 0; - O ponto final é 1; - O tamanho de cada intervalo é 0,1; e - O valor da função no ponto inicial é 0,2. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: Executando o código indicado, você obterá a resposta 0.249 8a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = 2.cos(y), sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: 2,288 2,688 2,488 2,388 2,588 Respondido em 29/04/2022 22:11:41 Explicação: Como vimos neste tema, a resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; O ponto inicial; O ponto final; A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = 2.cos(y); O ponto inicial é 0; Oponto final é 0,4; O tamanho de cada intervalo é 0,1; e O valor da função no ponto inicial é 3. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: 9a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = 2.sen(y), sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: 3,184 3,384 3,084 3,284 3,484 Respondido em 29/04/2022 22:12:14 Explicação: Como vimos neste tema, a resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; O ponto inicial; O ponto final; A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = 2.sen(y); O ponto inicial é 0; O ponto final é 0,4; O tamanho de cada intervalo é 0,1; e O valor da função no ponto inicial é 3. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: 10a Questão Acerto: 1,0 / 1,0 Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = sen(y), sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: 3,249 3,349 3,149 3,449 3,049 Respondido em 29/04/2022 22:13:37 Explicação: Como vimos neste tema, a resolução do problema de valor inicial em equações diferenciais ordinárias de primeira ordem requer que o enunciado forneça alguns elementos importantes, como: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita; O ponto inicial; O ponto final; A quantidade de intervalos (ou o tamanho de cada intervalo); e O valor da função no ponto inicial. Neste exemplo, temos que: - A equação diferencial ordinária de primeira ordem propriamente dita é y' = sen(y); O ponto inicial é 0; O ponto final é 0,4; O tamanho de cada intervalo é 0,1; e O valor da função no ponto inicial é 3. Isso posto, utilize o método indicado a seguir: 1 ponto 1. Em Python, quando se executa os seguintes comandos: import math x_exato = 5 x_calculado = (math.sqrt(5))**2 x_exato == x_calculado obtém-se False como resposta, ou seja, embora sejam matematicamente iguais, isso acontece devido ao arredondamento da operação de raiz quadrada. Calcule, utilizando o Python, o erro relativo dessa operação (Ref.: 202008226208) 8,8811×10−15◂,▸8,8811×◂◽˙▸10−15 1,5811×10−16◂,▸1,5811×◂◽˙▸10−16 8,8811×10−16◂,▸8,8811×◂◽˙▸10−16 1,5811×10−15◂,▸1,5811×◂◽˙▸10−15 8,8811×10−14◂,▸8,8811×◂◽˙▸10−14 1 ponto 2. Um engenheiro elétrico mensurou com um multímetro a corrente elétrica que estava passando circuito trifásico e obteve o valor aproximado de 5,16 amperes, no entanto, o valor exato deveria ser 5 amperes. Calcule o erro absoluto e relativo dessa medida. (Ref.: 202008226012) 1,6 e 0,32 0,16 e 0,032 1,6 e 0,032 0,16 e 0,031 1,6 e 3,2 1 ponto 3. Seja uma matriz A de ordem 30x30, foi realizada uma decomposição LU, a soma dos elementos da diagonal principal da matriz L é: (Ref.: 202008234232) 29 26 28 27 30 1 ponto 4. Em python, quando usamos a biblioteca Numpy e escrevemos em algum código: A=np.array([ [7,1,-1,2], [1,8,0,-2], [-1,0,4,-1], [2,-2,-1,6] ]) O que aparecerá na tela se escrevemos o comando print(A[3,2]) (Ref.: 202008234234) 7 -2 0 -1 6 1 ponto 5. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor da integral de x2 - cos(x) no intervalo de 1 a 2. Utilize o método de Romberg, com aproximação até n = 2: (Ref.: 202008237552) 2,28551 2,22551 2,26551 2,20551 2,24551 1 ponto 6. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor da integral de sen2(x) no intervalo de 1 a 2. Utilize o método de Romberg, com aproximação até n = 2: (Ref.: 202008237471) 0,95651 0,93651 0,97651 0,91651 0,99651 1 ponto 7. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = cos(y) + sen(y), sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: (Ref.: 202008234934) 2,817 2,917 3,017 3,117 2,717 1 ponto 8. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = y2 + 3, sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: (Ref.: 202008235010) 21,887 21,987 21,787 22,187 22,087 1 ponto 9. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y¿ = cos(y), sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: (Ref.: 202008234931) 2,819 2,719 2,919 3,019 2,619 1 ponto 10. Assinale a ÚNICA alternativa que apresenta o valor de y(0,4) em face da resolução da EDO de 1ª ordem y' = y2 - 3, sendo y(0) = 3. Considere h = 0,1. Utilize o método de Euler: (Ref.: 202008234764) 10,615 10,315 10,215 10,515 10,415
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