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MATEMÁTICA 2009/1 MÓDULO VI GABARITO DAS AUTOATIVIDADES DE CÁLCULO NUMÉRICO UNIDADE 1 TÓPICO 1 Pg.16 1 Sugestão de resposta: Quando a resolução analítica de um dado problema se torna inviável, utiliza-se o cálculo numérico, que consiste em encontrar soluções numéricas para o problema através de determinados métodos. 2 Sugestão de resposta: Erros de modelagem, erros de arredondamento e erros de truncamento. 3. a) ( )1028 Vamos fazer sucessivas divisões por 2 até obter o quociente 1: depois, basta pegarmos os valores dos restos obtidos na ordem inversa a que foram encontrados, sendo que o primeiro dígito da sequência será o último quociente (0 ou 1). 28 2 0 7 2 1 3 2 1 1 Portanto, ( ) ( )210 111028 = - ATENTE PARA A ORDEM EM QUE OS NÚMEROS SÃO CONSIDERADOS: DO ÚLTIMO PARA O PRIMEIRO - b) ( )1053 53 2 1 26 2 0 13 2 1 6 2 0 3 2 1 1 Portanto, ( ) ( )210 11010153 = - ATENTE PARA A ORDEM EM QUE OS NÚMEROS SÃO CONSIDERADOS: DO ÚLTIMO PARA O PRIMEIRO - c) ( )10120 120 2 0 60 2 0 30 2 0 15 2 1 7 2 1 3 2 1 1 Portanto, ( ) ( )210 1111000120 = - ATENTE PARA A ORDEM EM QUE OS NÚMEROS SÃO CONSIDERADOS: DO ÚLTIMO PARA O PRIMEIRO – d) ( )1064 64 2 0 32 2 0 16 2 0 8 2 0 4 2 0 2 2 0 1 Portanto, ( ) ( )210 100000064 = - ATENTE PARA A ORDEM EM QUE OS NÚMEROS SÃO CONSIDERADOS: DO ÚLTIMO PARA O PRIMEIRO - e) ( )1064,0 Como o número é menor do que zero, o processo para transformá-lo em número binário é um pouco diferente. Ao invés de dividi-lo por 2, multiplicamos por 2. Depois separamos a parte inteira da decimal e repetimos o processo na parte decimal até que resulte em zero ou numa dízima periódica. Depois, é só pegar a parte inteira para compor o número. ...36,0136,1268,0 68,0168,1284,0 84,0184,1292,0 92,0192,1296,0 96,0096,0248,0 48,0048,0224,0 24,0024,0212,0 12,0112,1256,0 56,0056,0228,0 28,0128,1264,0 +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ Portanto, ( ) ( )210 ...1010001111,064,0 = f) ( )1012,3 ( ) ( )210 113 = ...36,0136,1268,0 68,0168,1284,0 84,0184,1292,0 92,0192,1296,0 96,0096,0248,0 48,0048,0224,0 24,0024,0212,0 +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ +==⋅ Portanto, ( ) ( )210 ...0001111,012,3 = 4 Conversão de números na base binária para números decimais: Parte inteira - multiplicar pelas potências de 2. Parte “decimal” - multiplica-se pelas potências negativas de 2. a) ( ) ( )10012 202202110 =+=⋅+⋅= b) ( ) ( )100122 5104212021101 =++=⋅+⋅+⋅= c) ( ) ( )100122 6024202121110 =++=⋅+⋅+⋅= d) ( ) 01234562 202021212021211101100 ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= ( )10108004803264 =++++++= e) ( ) 65432102 20202121202121101100,1 −−−−−− ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= ( )1043 6875,10625,0125,05,012 1 2 10 2 11 =+++=++++= f) ( ) ( )10332102 625,0125,05,002 10 2 1021202120101,0 =++=+++=⋅+⋅+⋅+⋅= −−− 5 Sugestão de Resposta: Porque um número decimal finito pode ter representação binária infinita. Além disso, por mais preciso que seja o computador, ele possui um número finito de bits para sua representação numérica. 6 Sugestão de Resposta: Erros de truncamento são erros que aparecem quando precisamos arredondar um determinado número infinito ou mesmo truncar um processo muito grande. TÓPICO 2 p. 32 1. a) 22y15y2 =−+ 7y 7y)12( 1522yy2 = =⋅− −=− b) h2162h9 +=− 7 18h 18h7 18h)29( 216h2h9 2h216h9 = = =⋅− +=− ++= 2 a) 0x6x 2 =+ ( 0x0)6x(x =⇒=+ ou ) ( 0x06x =⇒=+ ou )6x −= b) 0x9 2 = 0xx0x 9 0 x 21 2 2 ==⇒= = c) 09x5 2 =− 5 3 x 5 9 x 5 9 x 9x5 2 2 ±=⇒ =⇒ =⇒ = 5 3 x1 −=⇒ e 5 3 x2 += 5 5 5 3 x1 ⋅−=⇒ e 5 5 5 3 x2 ⋅+= 5 53 x1 −=⇒ e 5 53 x2 += d) 025x 2 =− 5x25x25x2 ±=⇒=⇒= 5x1 −=⇒ e 5x2 += e) 02x3x 2 =+− 2c ,3b ,1a =−== ca4b2 ⋅⋅−=∆ ( ) ⇒>=−=⋅⋅−−=∆ 01892143 2 A equação tem duas soluções distintas! a2 b x1 ∆+− = e a2 b x2 ∆−− = 12 1)3( x1 ⋅ +−− = e 12 1)3( x2 ⋅ −−− = 2 13 x1 + = e 2 13 x 2 − = 2x1 = e 1x2 = f) 012y14y2 2 =+− 06y7y 2 0 2 12y14y2 22 =+−⇒= +− 6c ,7b ,1a =−== ca4b2 ⋅⋅−=∆ ( ) ⇒>=−=⋅⋅−−=∆ 02524496147 2 A equação tem duas soluções distintas! a2 b x1 ∆+− = e a2 b x2 ∆−− = 12 25)7( x1 ⋅ +−− = e 12 25)7( x2 ⋅ −−− = 2 57 x1 + = e 2 57 x2 − = 6x1 = e 1x2 = 3 a) 0kx12x2 =+− kc ,12b ,1a =−== Para que 0kx12x2 =+− tenha duas raízes reais e distintas, 0ca4b2 >⋅⋅−=∆ . Então 36k 4 144kk 4 144 k4144 0k4144 0k14)12( 2 <→<→> > >− >⋅⋅−−=∆ b) 0k3x6x2 2 =+− k3c ,6b ,2a =−== Para que 0k3x6x2 2 =+− não tenha raízes reais, 0ca4b2 <⋅⋅−=∆ . 2 3k 24 36kk 24 36 k2436 0k2436 0k324)6( 2 >→>→< < <− <⋅⋅−−=∆ 4 a) x 1x 2x 53 += − + ( ) ( ) ( )( ) ( )x2x 1x2x x2x x5x2x3 − +− = − +− ( ) 01x 2 0 2 2x2 02x2 02xxxx3 2xxx5x6x3 2xxx5x2x3 2 2 2 22 22 22 =+ = + =+ =++−− −−=+− −−=+− ix1x 12 =⇒−= e ix2 −= b) 2 3 1x 1 x 1 = − + ( ) ( ) ( ) ( ) == + = +−− = == − = −−− = >=−=−−=∆ =+−→=−+− =+−− −=− −=+− ⋅−⋅ −⋅⋅ = ⋅−⋅ ⋅⋅+⋅−⋅ 2 6 12 6 57 3.2 25)7( x 3 1 6 2 6 57 3.2 25)7( x 02524492.3.4)7( 02x7x302x7x3 0x3x32x4 x3x32x4 x3x3x22x2 21xx 1xx3 21xx 2x121x1 2 1 2 22 2 2 2 5 a) x 1x 2x 53 += − + ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) 1x 2x2 2xxx5x6x3 2x1xx5x2x3 x2x 2x1x x2x x5 x2x x2x3 2 2 22 −= −= −−=+− −+=+− − −+ = − + − − Portanto, não tem solução real. b) 2 3 1x 1 x 1 = − + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 02x7x3 x3x3x22x2 1xx3x221x 21xx 1xx3 21xx x2 21xx 21x 2 2 =+− −=+− −=+− − − = − + − − ( ) −= −= ±− = ⋅ ±− = ∆±− >=−=⋅⋅−−=∆ =+− 2x 3 1 x 6 57 32 257 a2 b 02524492347 02x7x3 2 1 2 2 6 a) 06x5x 24 =+− O primeiro passo para resolver essa equação biquadrada é fazer uma mudança de variável, e considerar 2xy = . Nossa equação passa a ser 06y5y2 =+− , que já sabemos resolver: 6c ,5b ,1a =−== 12425614)5(ca4b 22 =−=⋅⋅−−=⋅⋅−=∆ = − = = + = ⇒ ± = ⋅ ±−− = ⋅ ∆±− = 2 2 15y 3 2 15y 2 15 12 1)5( a2 by 2 1 Encontrados os pontos y que satisfazem essa equação, precisamos desfazer a mudança de variável. { }3,2,2,3S x2x2xy x3x3xy 2 2 2 2 22 1 2 1 211 −−=⇒ =±⇒=⇒= =±⇒=⇒= b) 405x5 4 = Supondo 2xy = , temos −= = ⇒±=⇒=⇒=⇒= 9y 9y 9y81y 5 405y405y5 2 1222 . Desfazendo a substituição, { }3,i3,i3,3S xi3x9xy x3x9xy 2 2 2 2 22 1 2 1 2 11 −−=⇒ =±⇒=−⇒= =±⇒=⇒= TÓPICO 3 p.60 1 a) −=−+− =−+ =+− 13x3x2x4 6xx3x2 3xxx 321 321 321 Forma matricial: { 32144 344 21 BX 3 2 1 A 13 6 3 x x x 324 132 111 − = ⋅ −− − − , onde ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 89 6)2(12)4(49 )3()1(21)1(2)4(31)4()1()1(122)3(31 324 132 111 Adet −= −−−= +−+−−−++−= −⋅−⋅+⋅−⋅+−⋅⋅−−⋅−⋅−+⋅⋅+−⋅⋅= −− − − = Vamos agora determinar os valores das incógnitas 321 x,x,x Adet Ddet x 1 x 1 = , onde −− − − = 3213 136 113 D 1x ( ) ( ) ( ) ( ) 1 )27(28 18639131227 )3()1(63)1(2)13(31)13()1()1(126)3(33 3213 136 113 Ddet 1x −= −−−= +−−−−+−= −⋅−⋅+⋅−⋅+−⋅⋅−−⋅−⋅−+⋅⋅+−⋅⋅= −− − − = Logo .1 1 1 Adet Ddet x 1 x 1 = − − == Adet Ddet x 2 x 2 = , onde −−− −= 3134 162 131 D 2x ( ) ( ) ( ) ( ) 3 )29(32 131824122618 )13()1(1)3(32)4(61)4()1(31)13(2)3(61 3134 162 131 Ddet 2x −= −−−= +−−−+−−= −⋅−⋅+−⋅⋅+−⋅⋅−−⋅−⋅+⋅−⋅+−⋅⋅= −−− −= Logo .3 1 3 Adet Ddet x 2 x 2 = − − == Adet Ddet x 3 x 3 = , onde −− − = 1324 632 311 D 3x ( ) ( ) ( ) ( ) 523 261236241239 )13()1(2126)4(33()4(6)1(322)13(31 1324 632 311 Ddet 3x −=−−= ++−−++−= −⋅−⋅+⋅⋅+−⋅⋅−−⋅⋅−+⋅⋅+−⋅⋅= −− − = Logo .5 1 5 Adet Ddet x 3 x 3 = − − == b) = ⋅ 33 27 42 z y x 332 223 254 { { BXA 33 27 42 z y x 332 223 254 = 43421 Análogo ao feito em a). 15Adet −= 3 Adet Ddet x45Ddet xx ==→−= 4 Adet Ddet y60Ddet yy ==→−= 5 Adet Ddet z75Ddet zz ==→−= 2 a) =−+ =++ =++ 3x2x3x4 2x2xx 1x4x2x3 321 321 321 Matricialmente, { { BX 3 2 1 A 3 2 1 x x x 234 211 423 = ⋅ − 4434421 . Matriz estendida: − = 3234 2211 1423 S . 1º Pivotamento: 11 LL ← ← ← ← ← ⇒ 1b 4a 2a 3a 2 23 22 11 =+⋅−← =+⋅−← =+⋅−← =+⋅−← ⇒+⋅ −=+⋅ −← 3 521 3 1b 3 224 3 1 a 3 112 3 1 a 013 3 1 a LL 3 1LL a aL 2 32 22 21 2121 11 21 2 =+⋅ −← −=−⋅ −← =+⋅ −← =+⋅ −← ⇒+⋅ −=+⋅ −← 3 531 3 4b 3 2224 3 4 a 3 132 3 4 a 043 3 4 a LL 3 4LL a aL 3 33 32 31 3131 11 31 3 Nova matriz estendida: − = 3 5 3 22 3 10 3 5 3 2 3 10 1423 S . Segundo pivotamento: 11 LL ← ; 22 LL ← =+−← −=−−← =+−← =+−← ⇒+−=+⋅ −=+⋅ −← 0 3 5 3 5b 8 3 22 3 2 a 0 3 1 3 1 a 000a LLLL 3 1 3 1 LL a aL 3 33 32 31 323232 22 32 3 Nova matriz estendida: − = 0800 3 5 3 2 3 10 1423 S , que é uma matriz triangular superior. Sistema equivalente: =⇒=− =+ =++ 0x0x8 3 5 3 x2 3 x 1x4x2x3 33 32 321 5x 3 5 3 x 3 50 3 2 3 x 2 22 =⇒=⇒=⋅+ 3x101x3110x310452x31x4x2x3 1111321 −=⇒−=⇒=+⇒=⋅+⋅+⇒=++ Portanto, 0x,5x,3x 321 ==−= . b) = ⋅ − 13 7 7 z y x 823 142 126 − = 13823 7142 7126 S Primeiro Pivotamento - nova matriz estendida: − = 6 57 6 5110 3 14 3 4 3 100 7126 S Segundo Pivotamenton - nova matriz estendida: − = 10 81 10 8100 3 14 3 4 3 100 7126 S Portanto, 1x,1y,1z === c) = ⋅ 7917595,1 0 x x 61 11 2 1 Matriz estendida: = 7917595,161 011S Pivotamento - nova matriz estendida: − = ⇒ = 358352,0 358352,0 x x 7917595,150 011S 2 1 . 3 a) −=+− =−+ =−+ 1xx3x2 3x3x4x4 5xx3x2 321 321 321 Primeiro Pivotamento: Nova matriz estendida: −− −−− − = 6260 7120 5132 S ; Segundo Pivotamento: Nova matriz estendida: −−− −− = 15500 7120 2 11 2 502 S ; Terceiro Pivotamento: Nova matriz estendida: −−= 15500 4020 2002 S Portanto, .3,2,1 321 === xxx b) − = ⋅ − 1 1 4 z y x 421 001 111 Matriz estendida: − −≈ − − = 1421 4111 1001 1421 1001 4111 S . Primeiro Pivotamento: Nova matriz estendida: − −= 2420 3110 1001 S ; Segundo Pivotamento: Nova matriz estendida: −= 4600 3110 1001 S ; Terceiro Pivotamento: Nova matriz estendida: −= 4600 6 14010 1001 S ; Portanto, .3 2z,3 7y,1x =−== 4 a) =+− =++− −=++ 3x10x3x2 20x2x4x 12xx2x5 321 321 321 Resolvendo o sistema: − −= 186,04,0 012,0 001 L ; = 5,1100 2,24,40 125 U ; − = 23 6,17 12 Y − = = 2 3 4 3 2 1 x x x X Det A = 253 Cálculo da inversa de A: − = − 186,023,0 012,0 001 1L − − = − 09,000 04,023,00 009,02,0 1U − − − = − 09,008,002,0 04,020,006,0 009,018,0 1A b) −=− =++ =+− 2x3x4 3x2x2x 9xx4x3 31 321 321 Resolvendo o sistema: = 16,133,1 0133,0 001 L ; − − = 700 67,133,30 143 U ; − = 14 0 9 Y − = = 2 3 9 x x x X 3 2 1 Det A = -50 Cálculo da inversa de A: −− −= − 16,18,0 0133,0 001 1L ; − = − 14,000 07,03,00 14,04,033,0 1U − −= − 14,022,011,0 07,019,016,0 14,018,009,0 1A Obs: Pode ocorrer pequenas variações nos valores, advindas dos arredondamentos feitos nos cálculos. TÓPICO 4 p. 80 1, a) = 792,1 0 x x . 61 11 2 1 = 7917595,1 0 x x . 61 11 2 1 Método de Jacobi k 1x y 1x∆ y∆ max∆ 0 0 0 0 0 0 1 0 0,299 0 0,299 0,299 2 -0,299 0,299 0,299 0 0,299 3 -0,299 0,348 0 0,049 0,049 4 -0,348 0,348 0,049 0 0,049 5 -0,348 0,357 0 0,009 0,009 Método de Gauss-Siedel: k 1x y 1x∆ y∆ max∆ 0 0 0 0 0 0 1 0 0,299 0 0,299 0,299 2 -0,299 0,349 0,299 0,05 0,299 3 -0,349 0,357 0,05 0,008 0,05 4 -0,357 0,358 0,008 0,001 0,008 b) = − 13 7 7 z y x . 823 142 126 Método de Jacobi k x y z x∆ y∆ z∆ max∆ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1,167 1,75 1,625 1,167 1,75 1,625 1,75 2 0,854 0,76 0,75 0,313 0,99 0,875 0,99 3 1,038 1,136 1,115 0,184 0,376 0,365 0,376 4 0,974 0,952 0,952 0,064 0,184 0,163 0,184 5 1,008 1,025 1,022 0,034 0,073 0,07 0,073 6 0,995 0,99 0,991 0,013 0,035 0,031 0,035 7 1,002 1,005 1,004 0,007 0,015 0,013 0,015 8 0,999 0,998 0,998 0,003 0,007 0,006 0,007 Método de Gauss-Siedel k x y z x∆ y∆ z∆ max∆ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1,167 1,166 0,896 1,167 1,166 0,896 1,167 2 0,927 1,062 1,012 0,24 0,104 0,116 0,24 3 0,981 1,006 1,006 0,054 0,056 0,006 0,056 4 0,999 0,999 1,001 0,018 0,007 0,005 0,018 5 1 1 1 0,001 0,001 0,001 0,001 2 Candidatos Prova 1 Prova 2 Prova 3 Prova 4 Média Candidato 1 8,7 6,2 7,5 5,1 7,35 Candidato 2 5,6 9,2 6,1 7,5 6,97 Candidato 3 5,1 4,5 9,4 4,5 5,72 Candidato 4 6,1 4,5 5,3 8,9 5,74 Sistema: . =+++ =+++ =+++ =+++ 74,5x9,8x3,5x5,4x1,6 72,5x5,4x4,9x5,4x1,5 97,6x5,7x1,6x2,9x6,5 35,7x1,5x5,7x2,6x7,8 4321 4321 4321 4321 I 1x 2x 3x 4x 1x∆ 2x∆ 3x∆ 4x∆ total∆ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0,845 0,243 0,034 -0,077 0,845 0,243 0,034 0,077 0,845 2 0,687 0,380 0,091 -0,072 0,158 0,137 0,057 0,005 0,158 3 0,538 0,428 0,146 -0,027 0,149 0,048 0,055 0,045 0,149 4 0,430 0,421 0,187 0,026 0,108 0,007 0,041 0,001 0,108 5 0,368 0,388 0,211 0,071 0,062 0,033 0,024 0,045 0,062 6 0,345 0,350 0,220 0,101 0,023 0,038 0,009 0,030 0,038 7 0,347 0,318 0,220 0,115 0,002 0,032 0,000 0,014 0,032 8 0,361 0,298 0,215 0,119 0,014 0,020 0,005 0,004 0,020 9 0,377 0,289 0,209 0,116 0,016 0,009 0,006 0,003 0,016 10 0,391 0,286 0,204 0,111 0,014 0,003 0,005 0,005 0,014 11 0,400 0,288 0,200 0,106 0,009 0,002 0,004 0,005 0,009 3 a) ( )( ) =⋅−−+ +−=+⋅+ 13xi32ix i32xxi43 21 21 +− = ⋅ −− + 13 i32 x x i32i 1i43 2 1 + − = + ⋅ − + − 0 3i 13 2 t t i s s 31 04i 20 13 2 1 2 1 ⋅−− ⋅+− = ⇒ − − − = ⇒ − = ⋅ −− − −− 7,2i1,2 7,0i9,0 x x 7,2 7,0 1,2 9,0 t t s s 0 3 13 2 t t s s 2031 1304 3120 0413 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 b) =− =+ i2xx 4xx 21 21 + = + ⋅ + − 2 0i 0 4 t t i s s 00 00i 11 11 2 1 2 1 − + = ⇒ − = ⇒ = ⋅ − − i2 i2 x x 1 1 2 2 t t s s 2 0 0 4 t t s s 1100 1100 0011 0011 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1
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