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Aula 6 1. Em Cálculo Numérico possuímos o Método de Lagrange para a interpolação polinomial de funções quando conhecemos alguns pontos das mesmas. Considerando este método como referência, determine o "polinômio" que melhor representa os pontos (1,3), (4,9), (3,7) e (2,5). y=x2+x+1 y=2x-1 y=2x+1 y=x3+1 y=2x Gabarito Comentado 2. Dados ¨31¨ pontos distintos ( (x0,f(x0)), (x1,f(x1)),..., (x31,f(x31)). Suponha que se deseje encontrar o polinômio P(x) interpolador desses pontos por algum método conhecido - método de Newton ou método de Lagrange. Qual o maior grau possível para este polinômio interpolador? grau 31 grau 15 grau 20 grau 32 grau 30 3. Você, como engenheiro, efetuou a coleta de dados em laboratório referentes a um experimento tecnológico de sua empresa. Assim, você obteve os pontos (0,3), (1,5) e (2,6). Com base no material apresentado acerca do Método de Lagrange, tem-se que a função M0 gerada é igual a: (x2 + 3x + 3)/2 (x2 - 3x + 2)/2 (x2 - 3x - 2)/2 (x2 + 3x + 2)/3 (x2 + 3x + 2)/2 4. Considere que são conhecidos 3 pares ordenados: (x0,y0), (x1,y1) e (x2,y2). Dado que foram apresentados em sala dois métodos de interpolação polinomial (Lagrange e Newton), você pode aplica-los, encontrando, respectivamente, as funções de aproximação f(x) e g(x). Pode-se afirmar que: f(x) é igual a g(x), se todos os valores das abscissas forem negativos. f(x) é igual a g(x), se todos os valores das ordenadas forem negativos. f(x) é igual a g(x), se todos os valores das ordenadas forem positivos. f(x) é igual a g(x), independentemente dos valores dos pares ordenados. f(x) é igual a g(x), se todos os valores das abscissas forem positivos. 5. Você, como engenheiro, efetuou a coleta de dados em laboratório referentes a um experimento tecnológico de sua empresa. Assim, você obteve os pontos (0,3), (1,5) e (2,6). Com base no material apresentado acerca do Método de Lagrange, tem-se que a função M1 gerada é igual a: -2x2 + 3x -x2 + 2x x2 + 2x -x2 + 4x -3x2 + 2x Gabarito Comentado 6. A interpolação polinomial consiste em encontrar um polinômio de grau igual ou menor que n que melhor se ajuste aos n +1 pontos dados. Existem várias maneiras de encontrá-lo, dentre as quais podemos citar: o método de Pégasus o método de Runge Kutta o método de Raphson o método de Lagrange o método de Euller Aula 7 1. O cálculo de área sob curvas mereceu especial atenção nos métodos criados em Cálculo Numérico, originando dentre outros a Regra de Simpson, que, se considerada a função f(x) e a área sob a curva no intervalo [a,b], tem-se que esta última é dada por h/3 [f(x1)+ 4.f(x2)+ 2.f(x3)+ 4.f(x4)....+ 4.f(xn-1)+f(xn)], onde "h" é o tamanho de cada subintervalo e x1, x2, x3....xn são os valores obtidos com a divisão do intervalo [a,b] em "n" partes. Considerando o exposto, obtenha a integral da função f(x)=3x no intervalo [0,4], considerando-o dividido em 4 partes. Assinale a opção CORRETA. 20,0 73,3 293,2 146,6 220 2. A literatura especializada oferece diversos métodos para cálculo de área sob a curva, sendo a Regra dos Trapézios de fácil execução, fornecendo bons resultados quanto a precisão. Considerando que a integral definida de uma função f(x) no intervalo [a,b] neste método é dada por h/2 [f(x1)+ 2.f(x2)+ 2.f(x3)+.... f(xn)], onde "h" é o tamanho de cada subintervalo e x1, x2, x3....xn são os valores obtidos com a divisão do intervalo [a,b] em "n" partes, obtenha a integral da função f(x)=2x no intervalo [0,4], considerando-o dividido em 4 partes. Assinale a opção CORRETA. 12,3 22,5 45,0 20,0 10,0 Gabarito Comentado 3. Dado (n + 1) pares de dados, um único polinômio de grau ____ passa através dos dados (n + 1) pontos. menor ou igual a n - 1 n + 1 menor ou igual a n n menor ou igual a n + 1 Gabarito Comentado 4. A regra de integração numérica dos trapézios para n = 2 é exata para a integração de polinômios de que grau? terceiro primeiro quarto nunca é exata segundo Gabarito Comentado 5. Seja o método numérico de integração conhecido como regra dos retângulos, isto é, a divisão do intervalo [a,b] em n retângulos congruentes. Aplicando este método para resolver uma integral definida com limites inferior e superior iguais a zero e cinco e tomando-se n = 200, cada base h terá que valor? 0,025 0,100 0,050 0,250 0,500 Gabarito Comentado 6. O erro no cálculo de integrais utilizando o método do trapézío deve-se ao fato de que: Os trapézíos se ajustarem a curva da função O melhor é utilizar uma calculadora para o calculo Os trapézios não terem uma boa aplicação de calculo de integrais Esta regra não leva a erro. Os trapézios nunca se ajustarem perfeitamente à curva da função Aula 8 1. Uma técnica importante de integração numérica é a de Romberg. Sobre este método é correto afirmar que: É um método cuja precisão é dada pelos limites de integração É um método de pouca precisão Só pode ser utilizado para integrais polinomiais Tem como primeiro passo a obtenção de aproximações repetidas pelo método do trapézio Tem como primeiro passo a obtenção de aproximações repetidas pelo método dos retângulos Gabarito Comentado 2. O Método de Romberg é uma excelente opção para a obtenção de integrais definidas, exigindo menos esforço computacional e oferecendo resultados mais precisos que outros métodos através de cálculos sequenciais. As duas primeiras etapas são obtidas através R1,1=(a-b)/2 [f(a)+f(b)] e R2,1=1/2 [R1,1+h1.f(a+h2)], e fornecem aproximações para a integral definida da função f(x) sobre o intervalo [a,b]. Considerando o exposto, obtenha R2,1para a função f(x)=x2, no intervalo [0,1]. Assinale a opção CORRETA com três casas decimais. 0,725 0,351 1,053 0,382 1,567 3. Existem diversos métodos para a obtenção de uma integral definida, porém um deles aplica a regra do trapézio de forma repetida e "refina" a expressão obtida através da extrapolação de Richardson. Identifique nas opções a seguir o método que MAIS SE ADÉQUA ao descrito. Regra de Simpson. Método do Trapézio. Método de Romberg. Método da Bisseção. Extrapolação de Richardson. 4. No método de Romberg para a determinação de uma integral definida de limites inferior e superior iguais a a e b, respectivamente, o intervalo da divisão é dado por hk = (a-b)/2 ^(k-1). . Se a = 1, b = 0 e k =2, determine o valor de h. 1/21/4 0 1/5 1/3 Gabarito Comentado 5. O Método de Romberg nos permite obter o resultado de integrais definidas por técnicas numéricas. Este método representa um refinamento de métodos anteriores, possuindo diversas especificidades apontadas nos a seguir, comEXCEÇÃO de: Utiliza a extrapolação de Richardson. Permite a obtenção de diversos pontos que originam uma função passível de integração definida. A precisão dos resultados é superior a obtida no método dos retângulos. As expressões obtidas para a iteração se relacionam ao método do trapézio. Pode se utilizar de critérios de parada para se evitar cálculos excessivos. Gabarito Comentado 6. Integrais definidas representam em diversas situações a solução de um problema da Física e podem ser obtidas através da Regra do Retângulo, da Regra do Trapézio, da Regra de Simpson e do Método de Romberg. Este último utiliza as expressões R1,1=(a-b)/2 [f(a)+f(b)] e R2,1=1/2 [R1,1+h1.f(a+h2)] para as primeiras aproximações, considerando a função f(x) sobre o intervalo [a,b]. Considerando o exposto, obtenha R2,1 para a função f(x)=x3, no intervalo [0,1]. Assinale a opção CORRETA com três casas decimais. 0,625 1,313 1,230 0,939 0,313 Aula 9 1. Encontrar a solução da equação diferencial ordinária y' = f ( x, y ) = 3x + 2y + 2 com a condição de valor inicial y (3) = 4. Dividindo o intervalo [3;4] em apenas uma parte, ou seja, fazendo h =1e, aplicando o método de Euler, determine o valor aproximado de y (4) para a equação dada. 22 25 21 23 24 Gabarito Comentado 2. Encontrar a solução da equação diferencial ordinária y' = f ( x, y ) = 2x + y + 1 com a condição de valor inicial y ( 1) = 1. Dividindo o intervalo [ 1; 2 ] em 2 partes, ou seja, fazendo h =0,5 e, aplicando o método de Euler, determine o valor aproximado de y ( 1,5 ) para a equação dada. 1 2 7 4 3 3. Resolva, aproximadamente, pelo Método de Euler a equação diferencial com a condição inicial dada, considerando duas divisões do intervalo entre x0 e xn. y'=x-yx y(1)=2,5 y(2)=? 1,7776 15555 1,0000 1,5000 1,6667 4. O Método de Euler nos fornece pontos de curvas que servem como soluções de equações diferenciais. Sabendo-se que um dos pontos da curva gerada por este método é igual a (4; 53,26) e que a solução exata é dada por y=ex, determine o erro absoluto associado. Assinale a opção CORRETA. 1,34 2,54 3,00 1,00 2,50 Gabarito Comentado 5. Na descrição do comportamento de sistemas físicos dinâmicos, frequentente utilizamos equações diferenciais que, como o nome nos revela, podem envolver derivadas de funções. Um método comum para resolução de equações diferenciais de primeira ordem é o Método de Euler, que gera pontos da curva aproximada que representa a resolução do sistema. Para gerarmos os pontos, utilizamos a relação yk+1=yk+h.f(xk,yk), onde "h" representa o passo adotado. Considerando a equação diferencial y'=y com y(0)=1, gere o ponto da curva para k=1 e passo igual a 1. Assinale a opção CORRETA. 2 0 -1 1 -2 6. O Método de Euler é um dos métodos mais simples para a obtenção de pontos de uma curva que serve como solução de equações diferenciais. Neste contexto, geramos os pontos, utilizando a relação yk+1=yk+h.f(xk,yk), onde "h" representa o passo adotado. Considerando a equação diferencial y'=y com y(0)=2, gere o ponto da curva para k=1 e passo igual a 0,5. Assinale a opção CORRETA. -2 0 1 -3 3 Aula 10 1. Em relação ao método de Runge - Kutta de ordem "n" são feitas três afirmações: I - é de passo um; II - não exige o cálculo de derivada; III - utiliza a série de Taylor. É correto afirmar que: apenas II e III estão corretas apenas I e II estão corretas todas estão corretas todas estão erradas apenas I e III estão corretas 2. Considere a equação diferencial y´= y, sendo y uma função de x. Sua solução geral é y(x) = a.ex, onde a é um numero real e e um número irracional cujo valor aproximado é 2,718. Se a condição inicial é tal que y(0) = 2, determine o valor de a para esta condição. 1 0,25 0 0,5 2 3. Considere a equação diferencial ordinária y´= y, sendo y uma função de x, ou seja, y = y (x). A solução geral desta EDO é a função y(x) = k.ex, onde k é um número real e e um número irracional cujo valor aproximado é 2,718. Considerando a condição inicial tal que y(0) = 5, determine o valor da constante k para esta condição. 1/5 5 2 4 1/2 4. Considere a equação diferencial y´= y, sendo y uma função de x. Sua solução geral é y(x) = a.e^x, onde a é um numero real e e um número irracional cujo valor aproximado é 2,718. Se a condição inicial é tal que y(0) = 2, determine o valor de a para esta condição. 0 2 1 1/2 3 Gabarito Comentado 5. Considere a equação diferencial ordinária y´= y +3, tal que y é uma função de x, isto é, y (x). Marque a opção que encontra uma raiz desta equação. y = ln(x) -3 y = ex + 3 y = ex + 2 y = ex - 3 y = ex - 2 Av1
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