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1. Durante a coleta de dados estatísticos referente ao número médio de filhos das famílias de uma comunidade em função do tempo, verificamos a obtenção dos seguintes pontos (x,y), nos quais "x" representa o tempo e "y" representa o número de filhos: (1, 2), (2, 4), (3,5) e (4,6). Caso desejemos representar estes pontos através de uma função, que ramo do Cálculo Numérico deveremos utilizar? Assina a opção CORRETA. Determinação de raízes. Derivação. Interpolação polinomial. Verificação de erros. Integração. 2. Para analisar um fenômeno um engenheiro fez o levantamento experimental em um laboratório. Nesta análise concluiu que que as duas variáveis envolvidas x e y se relacionam linearmente, ou seja, através de um polinômio P(x) do primeiro grau. Qual o número mínimo de pontos que teve que obter no ensaio para gerar o polinômio P9x) por interpolação polinomial? 2 5 1 4 3 3. Considere a situação em que você disponha de 20 pares ((x0,f(x0)), (x1,f(x1)),..., (x19,f(x19)) ) de dados distintos no plano cartesiano. Suponha que você utilize o método de Newton para a determinação do polinômio interpolador. Qual dos polinômios abaixo pode representar este polinômio? X30 + 8X + 9 X19 + 5X + 9 X20 + 2X + 9 X21 + 3X + 4 X20 + 7X - 9 4. Você é estagiário de uma empresa de engenharia que trabalha com testes em peças para grandes motores. Em um ensaio laboratorial você gera 10 pontos ( (x0,f(x0)), (x1,f(x1)),..., (x9,f(x9))). Suponha que se você tenha encontrado o polinômio P(x) interpolador desses pontos. A respeito deste polinômio é verdade que: Será de grau 9, no máximo Pode ter grau máximo 10 Nunca poderá ser do primeiro grau Sempre será do grau 9 Poderá ser do grau 15 5. Em um experimento, foram obtidos os seguintes pontos (0,1), (4,9), (2,5), (1,3) e (3,7) que devem fornecer uma função através dos métodos de interpolação de Cálculo Numérico. Das funções descritas a seguir, qual é a mais adequada? Função cúbica. Função linear. Função exponencial. Função logarítmica. Função quadrática. 6. Considere que são conhecidos dois pares ordenados, (2,5) e (1,2). Utilizando o método de Lagrange de interpolação polinomial, obtém-se a função: 3x - 1 x + 2 3x + 7 x - 3 2x + 5 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. 220 293,2 146,6 20,0 73,3 2. Empregando-se a Regra dos Trapézios para calcular a integral de x3 entre 0 e 1 com dois intervalos, tem-se como resposta o valor de: 0,3125 0,2500 0,2750 0,3225 0,3000 3. Empregando-se a Regra dos Trapézios para calcular a integral de x2 entre 0 e 1 com dois intervalos, tem-se como resposta aproximada o valor de: 0,40 0,33 0,35 0,38 0,36 4. Muitas situações de engenharia necessitam do cálculo de integrais definas. Por vezes devemos utilizar métodos numéricos para esta resolução. Considere 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 a integral definida cujos limites de integração são 0 e 3, n = 10, cada base h do retângulo terá que valor? 0,3 0,5 Indefinido 30 3 5. Dados os pontos ( (x0,f(x0)), (x1,f(x1)),..., (x20,f(x20)) ) extraídos de uma situação real de engenharia. Suponha que se deseje encontrar o polinômio P(x) interpolador desses pontos. A respeito deste polinômio são feitas as seguintes afirmativas: I - Pode ser de grau 21 II - Existe apenas um polinômio P(x) III - A técnica de Lagrange permite determinar P(x). Desta forma, é verdade que: Apenas I e II são verdadeiras Todas as afirmativas estão corretas Apenas I e III são verdadeiras Apenas II e III são verdadeiras. Todas as afirmativas estão erradas 6. Empregue a regra dos Retângulos para calcular o valor aproximado da integral de f(x) = x3, no intervalo de 0 a 1, com 4 intervalos. 0,245 0,247 0,237 0,242 0,250 1. Considere a equação ex - 4x = 0, onde e é um número irracional com valor aproximado de 2,718. É correto afirmar que existe uma raiz real no intervalo: (0,5; 0,9) (0,2; 0,5) (0,0; 0,2) (0,9; 1,2) (-0,5; 0,0) Gabarito Comentado 2. 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. 0,313 0,939 0,625 1,230 1,313 3. 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? 0,050 0,500 0,100 0,250 0,025 4. Uma técnica importante de integração numérica é a de Romberg. Sobre este método é correto afirmar que: É um método de pouca precisão É um método cuja precisão é dada pelos limites de integração 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 Só pode ser utilizado para integrais polinomiais 5. 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 definidada função f(x) sobre o intervalo [a,b]. Considerando o exposto, obtenha R2,1 para a função f(x)=x2, no intervalo [0,1]. Assinale a opção CORRETA com três casas decimais. 0,725 0,351 0,382 1,053 1,567 6. 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, com EXCEÇÃO 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. 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 =1 e, aplicando o método de Euler, determine o valor aproximado de y (4) para a equação dada. 24 23 21 22 25 Gabarito Comentado 2. Os métodos de integração numérica em regra não são exatos. Suponhamos o método de Simpson (trapézios) em sua apresentação mais simples mostrado na figura a seguir. Se considerarmos a integral definida , o valor encontrado para F(x) utilizando a regra de Simpson será equivalente a: Diferença entre a área do trapézio e a área sob a curva Média aritmética entre as áreas sob a curva e a do trapézio Área do trapézio Área sob a curva Soma entre a área do trapézio e a área sob a curva 3. 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. 2,50 3,00 1,34 2,54 1,00 4. 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. 2 1/5 1/2 5 4 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 a integral definida com a n = 10, cada base h terá que valor? 0,2 2 0,1 1 indefinido 6. Abaixo tem-se a figura de uma função e várias tangentes ao longo da curva. Esta é a representação gráfica de um método conhecido como: Ponto fixo Gauss Jacobi Bisseção Newton Raphson Gauss Jordan 1. 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. 0 2 0,5 1 0,25 2. Considere a equação x3 - x2 + 3 = 0. É correto afirmar que existe uma raiz real no intervalo: (0,0; 1,0) (-1,0; 0,0) (-1,5; - 1,0) (-2,0; -1,5) (1,0; 2,0) 3. Considere a equação ex - 3x = 0, onde e é um número irracional com valor aproximado de 2,718. É correto afirmar que existe uma raiz real no intervalo: (-0,5; 0,0) (0,2; 0,5) (0,5; 0,9) (0,9; 1,2) (0,0; 0,2) 4. Seja a função f(x) = x2 - 5x + 4. Considere o Método da Bisseção para cálculo da raiz, e o intervalo [0, 3] o escolhido para a busca. Assim, empregando o método, na iteração seguinte, a raiz deverá ser pesquisada no intervalo: [1,2] [1,3] [0,3/2] [3/2,3] [0,3] Gabarito Comentado 5. Existem alguns métodos numéricos que permitem a determinação de integrais definidas. Dentre estes podemos citar o de Newton, o de Simpson e o de Romberg. Analise as afirmativas abaixo a respeito do método de Romberg: I - O método de Romberg é mais preciso que o método dos trapézios II - O método de Romberg exige menor esforço computacional que o método dos trapézios III - O método de Romberg utiliza a regra dos trapézios repetida para obter aproximações preliminares Desta forma, é verdade que: Apenas II e III são verdadeiras. Apenas I e II são verdadeiras Todas as afirmativas estão corretas Todas as afirmativas estão erradas. Apenas I e III são verdadeiras 6. O valor de aproximado da integral definida utilizando a regra dos trapézios com n = 1 é: 30,299 24,199 15,807 20,099 11,672
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