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das A Gabarito utoatividades CÁLCULO NUMÉRICO Centro Universitário Leonardo da Vinci Rodovia , nº .BR 470 Km 71, 1 040 Bairro Benedito - CEP 89130-000 I daialn - Santa Catarina - 47 3281-9000 Elaboração: Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci - UNIASSELVI 2018 Prof.ª Debora Cristina Brandt Costa 3UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O GABARITO DAS AUTOATIVIDADES DE CÁLCULO NUMÉRICO UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 Para que serve o Cálculo Numérico? R.: 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 Quais os tipos de erros que podem surgir durante um processo de Cálculo Numérico? R.: Erros de modelagem, erros de arredondamento e erros de truncamento. 3 Converta os seguintes números decimais em números na base binária: R.: a) (28)10 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). Centro Universitário Leonardo da Vinci Rodovia , nº .BR 470 Km 71, 1 040 Bairro Benedito - CEP 89130-000 I daialn - Santa Catarina - 47 3281-9000 Elaboração: Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci - UNIASSELVI 2018 4 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 5UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 4 Converta os seguintes números binários em números decimais: R.: a) b) c) d) e) f) 5 Por que cálculos envolvendo números decimais finitos podem apresentar erros quando implementados num computador ou calculadora? R.: 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 O que são erros de truncamento? R.: Erros de truncamento são erros que aparecem quando precisamos arredondar um determinado número infinito ou mesmo truncar um processo muito grande. TÓPICO 2 1 Resolva as equações: 6 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O b) 2 Resolva as equações de segundo grau: a) b) c) a) 7UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O d) A equação tem duas soluções distintas! e) f) A equação tem duas soluções distintas! 3 Determine o valor de k nas equações, de modo que: a) Para que tenha duas raízes reais e distintas, Então 8 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O b) Para que 0k3x6x2 2 =+− não tenha raízes reais, 4 Encontre as raízes das equações do exercício anterior. R.: a) 9UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O b) 5 Resolva as equações fracionárias: a) Portanto, não tem solução real. b) 10 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 6 Dê o conjunto solução das seguintes equações biquadradas: a) 06x5x 24 =+− O primeiro passo para resolver essa equação biquadrada é fazer uma mudança de variável, e considerar. Nossa equação passa a ser 06y5y2 =+− , que já sabemos resolver: Encontrados os pontos y que satisfazem essa equação, precisamos desfazer a mudança de variável. b) Supondo temos Desfazendo a substituição, 11UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O TÓPICO 3 1 Resolva os sistemas lineares através da regra de Cramer: a) Forma matricial: Onde Vamos agora determinar os valores das incógnitas 321 x,x,x 12 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 13UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 2 Resolva os sistemas lineares que seguem através do método de eliminação de Gauss: 14 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 15UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O b) Primeiro Pivotamento - nova matriz estendida: Segundo Pivotamento - nova matriz estendida: Portanto, 1x,1y,1z === c) Pivotamento - nova matriz estendida: 3 Resolva os sistemas pelo Método de Gauss-Jordan: a) Primeiro Pivotamento: nova matriz estendida: Segundo Pivotamento: nova matriz estendida: 16 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Portanto, b) Matriz estendida: Primeiro Pivotamento: Nova matriz estendida: Segundo Pivotamento: Nova matriz estendida: Terceiro Pivotamento: Nova matriz estendida: Portanto, 4 Resolva os sistemas a seguir através do método de decomposição LU. Em seguida, determine o determinante e a inversa da matriz de coeficientes A. a) Resolvendo o sistema: Terceiro Pivotamento: nova matriz estendida: 17UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Det A = 253 Cálculo da inversa de A: b) Resolvendo o sistema: 18 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O TÓPICO 4 1 Calcule o sistema linear através do método de Jacobi e, em seguida, pelo método de Gauss-Seidel, com precisão de 10-2. Método de Jacobi k y y y∆ 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-Seidel: k 1x y 1x∆ max∆ 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 19UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Método de Jacobi k z z 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-Seidel k y 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 Calcule o sistema linear através do método de Gauss-Seidel, formado pela situação-problema descrita a seguir. Note que há partes do exercício que precisam ser completadas. Preencha-as com base nas informações da tabela. Em um concurso em que os candidatos eram avaliados por 4 provas de pesos diferenciados, obteve-se o quadro informativo abaixo. Qual é o peso de cada prova para obter as médias especificadas? 20 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 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:I 1x 2x 3x 4x 1x∆ 2x∆ 4x∆ 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 Resolva os seguintes sistemas complexos: 21UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O UNIDADE 2 TÓPICO 1 1 Analise os gráficos a seguir e indique os intervalos que contêm as raízes das funções: a) 22 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O b) c) 2 Esboce os gráficos a seguir e determine em quais intervalos estão as raízes destas funções. a) ou 23UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Essa função não tem raízes. b) Essa função possui uma raiz real no intervalo (-3,-2). c) ou Possui raízes nos intervalos (-2.-1), (-5,-4) (-8,-7)... d) 24 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Possui raízes em (-2,-1), no ponto x=0 e em (1,2). 3 Encontre aproximações para as raízes das funções abaixo através do Método da Bissecção, considerando a precisão de 10-2. ( )1kbf − ( )1kbf − ( )kxf ka kb 1kx + - - - -4 -3 -3,5 - 2 3,01 -0,61 1,37 -3,5 -3 -3,25 0,08 3 1,37 -0,61 0,39 -3,25 -3 -3,13 0,04 4 0,39 -0,61 -0,11 -3,25 -3,13 -3,19 0,02 0,39 -0,11 0,14 -3,19 -3,13 -3,16 0,0099 0 k 1 b) ,1x4e)x(g x +−= no intervalo (1,2) ( )kxg ( )kxg ( )kxg ka kb 1kx + - - - 1 2 1,5 - 2 -0,28 0,39 -0,52 1,5 2 1,75 0,14 3 -0,52 0,39 -0,25 1,75 2 1,88 0,07 4 -0,25 0,39 0,02 1,75 1,88 1,81 0,03 5 -0,25 0,02 -0,12 1,81 1,88 1,84 0,02 -0,12 0,02 -0,05 1,84 1,88 1,86 0,005 Erro k 0 1 Erro ou 25UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O c) 3senxx)x(h 2 −−= , no intervalo (1,2) ( )1kah − ( )1kbh − ka kb 1kx + - - - 1 2 1,5 - 2 -2,84 0,09 -1,75 1,5 2 1,75 0,14 3 -1,75 0,09 -0,92 1,75 2 1,88 0,07 4 -0,92 0,09 -0,44 1,88 2 1,94 0,03 5 -0,44 0,09 -0,18 1,94 2 1,97 0,02 -0,18 0,09 -0,05 1,97 2 1,98 0,008 ( )kxhk 0 1 Erro 4 Repita o exercício anterior utilizando a precisão de 10-3 . a) xesenx4)x(f −= , no intervalo (-4,-3) ( )1kaf − ( )kxf ( )kxf ka kb 1kx + - - - -4 -3 -3,5 - 2 3,009 -0,614 1,373 -3,5 -3 -3,25 0,077 3 1,373 -0,614 0,394 -3,25 -3 -3,125 0,040 4 0,394 -0,614 -0,110 -3,25 -3,125 -3,188 0,020 5 0,394 -0,110 0,142 -3,188 -3,125 -3,156 0,010 6 0,142 -0,110 0,016 -3,156 -3,125 -3,141 0,005 7 0,016 -0,110 0,047 -3,156 -3,141 -3,148 0,002 8 0,016 -0,047 -0,016 -3,156 -3,148 -3,152 0,001 0,016 -0,016 0,000 k 0 1 Erro b) ,1x4e)x(g x +−= no intervalo (1,2) ( )1kag − ( )1kbg − ( )kxg ka 1kx + 1kx + - - - 1 2 1,5 - 2 -0,282 0,389 -0,518 1,5 2 1,75 0,143 3 -0,518 0,389 -0,245 1,75 2 1,875 0,067 k 0 1 Erro 26 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O c) 3senxx)x(h 2 −−= , no intervalo (1,2) ( )1kbh − ( )1kbh − ( )kxh ka kb 1kx + - - - 1 2 1,5 - 2 -2,841 0,091 -1,747 1,5 2 1,75 0,143 3 -1,747 0,091 -0,921 1,75 2 1,875 0,067 4 -0,921 0,091 -0,438 1,875 2 1,938 0,032 5 -0,438 0,091 -0,180 1,938 2 1,969 0,016 6 -0,180 0,091 -0,046 1,969 2 1,984 0,008 7 -0,046 0,091 0,022 1,969 1,984 1,977 0,004 8 -0,046 0,022 -0,012 1,977 1,984 1,980 0,002 -0,012 0,022 0,005 1,977 1,980 1,979 0,0005 Errok 0 1 5 Encontre aproximações para as raízes das funções do exercício 3 através do Método das Cordas, considerando a precisão de 10-2. a) xesenx4)x(f −= , no intervalo (-4,-3) k ka kb ( )kbf ( )kbf kx ( )kxf ∆ 0 -4 -3 3,01 -0,61 -3,17 0,07 - 1 -3,17 -3 0,07 -0,61 -3,15 0,00 4 -0,245 0,389 0,021 1,75 1,875 1,813 0,034 5 -0,245 0,021 -0,124 1,813 1,875 1,844 0,017 6 -0,124 0,021 -0,055 1,844 1,875 1,859 0,008 7 -0,055 0,021 -0,018 1,859 1,875 1,867 0,004 8 -0,018 0,021 0,001 1,859 1,867 1,863 0,002 9 -0,018 0,001 -0,008 1,863 1,867 1,865 0,001 -0,008 0,001 -0,003 1,865 1,867 1,866 0,0005 27UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O b) ,1x4e)x(g x +−= no intervalo (1,2) k ka kb ( )kbf ( )kbf kx ( )kxf ∆ 0 1 2 -0,28 0,39 1,42 -0,54 - 1 1,42 2 -0,54 0,39 1,76 -0,23 0,19 2 1,76 2 -0,23 0,39 1,85 -0,04 0,05 3 1,85 2 -0,04 0,39 1,86 -0,01 0,008 c) 3senxx)x(h 2 −−= no intervalo (1,2) k ka kb ( )kaf ( )kbf kx ( )kxf ∆ 0 1 2 -2,84 0,09 1,97 -0,04 - 1 1,97 2 -0,04 0,09 1,98 0,00 0,005 6 Repita o exercício anterior utilizando a precisão de 10-3. a) xesenx4)x(f −= , no intervalo (-4,-3) ka ka kb ( )kaf ( )kbf kx ( )kxf ∆ 0 -4 -3 3,009 -0,614 -3,170 0,070 - 1 -3,170 -3 0,070 -0,614 -3,152 0,000 b) ,1x4e)x(g x +−= no intervalo (1,2) k ka kb ( )kaf ( )kbf kx ∆ ∆ 0 1 2 -0,282 0,389 1,420 -0,543 - 1 1,420 2 -0,543 0,389 1,758 -0,231 0,192 2 1,758 2 -0,231 0,389 1,848 -0,044 0,049 3 1,848 2 -0,044 0,389 1,864 -0,007 0,008 4 1,864 2 -0,007 0,389 1,866 -0,001 0,0013 5 1,866 2 -0,001 0,389 1,867 0,000 0,0002 28 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O c) 3senxx)x(h 2 −−= no intervalo (1,2) k kb kb ( )kaf ( )kbf kx ( )kxf ∆ 0 1 2 -2,841 0,091 1,969 -0,045 - 1 1,969 2 -0,045 0,091 1,979 0,000 0,005 2 1,979 2 0,000 7 Encontre aproximações para as raízes das funções do exercício 3 através do Método de Newton, considerando a precisão de 10-2. A função é monótona decrescente neste intervalo, ou seja, tem apenas uma raiz em (-4,-3). Como a função vale um número próximo de zero no ponto três, vamos supor .14,3x0 −= -3,14. Note que e Como ambos são menores do que zero, o sinal é preservado e k kx ( )kxf ( )kxf ′ ( )kxf ′′ ∆ 0 -3,14 -0,05 -4,04 -0,04 0,01 - 1 -3,15 0,00 b) ,1x4e)x(g x +−= no intervalo (1,2) A raíz está mais próxima do ponto 2 do que do ponto 1. k kx ( )kxf ′ ( )kxf ′ ( )kxf ′′ ∆ 0 1,90 0,09 2,69 6,69 0,03 - 1 1,87 0,00 ( ) ( )k k xf xf ′ 29UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O c) 3senxx)x(h 2 −−= no intervalo (1,2) k kx ( )kxf ( )kxf ′ ∆ 0 1,98 0,00 4,39 2,92 0,00 - 1 1,98 0,00 ( )kxf ′′ ( ) ( )k k xf xf ′ 8 Repita o exercício acima utilizando a precisão de 10-3. k kx ( )kxf ( )kxf ′ ( )kxf ′′ ( ) ( )k k xf xf ′ ∆ 0 -3,14 -0,050 -4,043 -0,037 0,012 - 1 -3,152 0,000 -4,043 -0,086 0,000 0,004 2 -3,152 0,000 -4,043 -0,086 0,000 0,000 a) xesenx4)x(f −= , no intervalo (-4,-3) b) ,1x4e)x(g x +−= no intervalo (1,2) k kx ( )kxf ′ ( )kxf ′ ( )kxf ′′ ∆ 0 1,900 0,086 2,686 6,686 0,032 - 1 1,868 0,003 2,475 6,475 0,001 0,0017 2 1,867 0,000 ( ) ( )k k xf xf ′ c) 3senxx)x(h 2 −−= no intervalo (1,2) k ( )kxf ( )kxf ( )kxf ′ ( )kxf ′′ ∆ 0 1,980 0,003 4,358 2,917 0,001 - 1 1,979 0,000 ( ) ( )k k xf xf ′ 9 Considere a equação cujas raízes são 0,5 e 2,0 (FRANCO, 2006). Considere ainda os processos iterativos: 30 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Utilizaremos o processo para o qual para ambas as raízes. Primeira candidata: Segunda candidata: Qualdos dois processos você utilizaria para obter a raiz 0,5? Por quê? R.: Portanto, utilizaremos a primeira candidata, ou seja, o processo iterativo de a. TÓPICO 2 1 Encontre uma aproximação para a solução dos sistemas a seguir, utilizando o método de iteração linear para uma precisão de 10-3. Primeira candidata: Segunda candidata: Qual dos dois processos você utilizaria para obter a raiz 0,5? Por quê? R.: 31UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O As funções e são contínuas. Vamos encontrar as funções de iteração F(x,y) e G(x,y) Tomando e temos que ambas são contínuas. Próximo passo: calcular as derivadas parciais de F(x,y) e G(x,y). Note que Logo, podemos aplicar o processo de iteração, tomando ( ) ( )5,0 ;5,0y,x 00 = . K = 1 Essa e as próximas iterações encontram-se na tabela a seguir: 32 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O i 1ix − 1iy − i1i1i y)y,x(G =−− i1i1i y)y,x(G =−− ix∆ iy∆ max∆ 1 0,5 0,5 0,244 0,029 1,049 15,958 15,958 2 0,244 0,029 0,234 0,133 0,041 0,778 0,778 3 0,234 0,133 0,231 0,112 0,013 0,180 0,180 4 0,231 0,112 0,232 0,117 0,000 0,035 0,035 5 0,232 0,117 0,231 0,116 0,000 0,007 0,007 6 0,231 0,116 0,231 0,116 0,000 0,000 0,000 Como o erro encontrado está menor do que 0,001, segue que o ponto que fornecerá a solução do sistema é (0,231; 0,116). 2 Encontre uma solução dos sistemas não lineares a seguir através do método de Newton, utilizando como precisão de 10-3: Note que as derivadas parciais são polinômios e, portanto, contínuas indefinidamente. Também são limitadas perto da solução do sistema. Precisamos mostrar que para todo )y,x( próximo de )y,x( . Como o ponto está próximo da solução )y,x( e as derivadas são contínuas, basta mostrarmos que está próximo da solução )y,x( e as derivadas são contínuas, basta mostrarmos que 33UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Aplicando o método de Newton, encontramos os seguintes valores: k kx ky f xf ∂∂ x f ∂ ∂ x g ∂ ∂ x g ∂ ∂ y g ∂ ∂ x∆ y∆ max∆ 0 -1 -2 -2 0 12 -9 -10 -12 - - - 1 -0,9 -2,09 0,05 0,03 11,29 -10,67 -10,93 -11,79 0,11 0,04 0,11 2 -0,9 -2,09 0,05 0,03 11,29 -10,67 -10,93 -11,79 0 0 0 As derivadas parciais são polinômios e, portanto, contínuas indefinidamente. Também são limitadas perto da solução do sistema. Precisamos mostrar que 34 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O para todo )y,x( próximo de )y,x( . Como o ponto )9,0;9,0()y,x( 00 = está próximo da solução )y,x( e as derivadas são contínuas, basta mostrarmos que Aplicando o método de Newton, encontramos os seguintes valores: k f f f g xf ∂∂ y f ∂ ∂ x g ∂ ∂ y g ∂ ∂ x∆ y∆ max∆ 0 0,9 0,9 0,12 0,33 -2,3 0,9 4,81 -8,38 - - - 1 0,99 0,99 0,01 0,03 -2,03 0,99 4,98 -8,04 0,09 0,09 0,09 2 1 1 0 0 As derivadas parciais são polinômios e constantes e, portanto, contínuas indefinidamente. Também são limitadas perto da solução do sistema. Precisamos mostrar que para todo 35UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O )y,x( próximo de )y,x( . Como o ponto está próximo da da solução )y,x( e as derivadas são contínuas, basta mostrarmos que Aplicando o método de Newton, encontramos os seguintes valores: k kx ky g g x f ∂ ∂ y f ∂ ∂ x g ∂ ∂ x∆ x∆ y∆ max∆ 0 0,5 2,5 -2,5 0 1 5 1 1 1 -0,12 3,12 0,75 0 -0,24 6,24 1 1 5,17 0,2 5,17 2 0 3 0 0 Observe que independentemente de quem sejam x e y. Portanto, esse sistema não possui solução. 36 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O As derivadas parciais são polinômios e constantes e, portanto, contínuas indefinidamente. Também são limitadas perto da solução do sistema. Precisamos mostrar que para todo )y,x( próximo de )y,x( . Como o ponto )1,2()y,x( 00 = está próximo da solução )y,x( e as derivadas são contínuas, basta mostrarmos que Aplicando o método de Newton, encontramos os seguintes valores: k kx ky f g x f ∂ ∂ y f ∂ ∂ x g ∂ ∂ y g ∂ ∂ y∆ y∆ max∆ 0 0,5 2,5 -2,5 0 1 5 1 1 1 -0,12 3,12 0,75 0 -0,24 6,24 1 1 5,17 0,2 5,17 2 0 3 0 0 37UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O As derivadas parciais são polinômios e constantes e, portanto, contínuas indefinidamente. Também são limitadas perto da solução do sistema. Precisamos mostrar que para todo )y,x( próximo de )y,x( . Como o ponto )8,0;8,0()y,x( 00 = está próximo da solução )y,x( e as derivadas são contínuas, basta mostrarmos que Aplicando o método de Newton, encontramos os seguintes valores: k kx ky f g y f ∂ ∂ y f ∂ ∂ x g ∂ ∂ y g ∂ ∂ x∆ y∆ max∆ 0 0,8 0,8 -0,78 -0,31 4,8 1 1 1,92 1 0,94 0,89 0,06 0,01 5,67 1 1 2,37 0,15 0,1 0,15 2 0,93 0,88 0,00 0,00 3 Encontre uma aproximação para a raiz da equação complexa com precisão de 10-3 , partindo do ponto 38 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Substituindo agora z por iyx ⋅+ , temos Aplicando o método de Newton, encontramos os seguintes valores: k kx ky U V x U ∂ ∂ x V ∂ ∂ x V ∂ ∂ x∆ x∆ y∆ max∆ 0 0,5 1 0,39 0,39 -0,11 -1,39 1,39 -0,11 1 0,24 1,30 0,09 -0,07 -0,66 -1,23 1,23 -0,66 1,04 0,23 1,04 2 0,32 1,34 0,00 0,00 Portanto, o número complexo que procuramos é TÓPICO 3 1 Aplique o método de Newton para determinar as raízes dos polinômios a seguir, com precisão 10-3. R.: Inicialmente, vamos reescrever a equação anterior utilizando um artifício de cálculo: 39UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O k kx 1 -0,8 -9,32 3 Erro 0 3 1 2,2 -2,72 4,08 1 5,2 12,88 0,118 1 2,683 1 1,883 -4,367 0,254 1 4,566 7,885 0,012 2 2,650 1 1,784 -4,71 0,069 1 4,368 6,578 0,004 3 2,640 1 1,774 -4,755 0,003 1 4,348 6,435 0 4 2,640 0,003 O valor que procuramos é 2,640, e 003,0)640,2(P3 = k kx 1 1,5 -39,5 -1,5 38,5 Erro 0 6 1 7,5 5,5 31,5 227,5 1 13,5 86,5 550,5 0,0739 1 5,587 1 7,087 0,093 -0,98 33,025 1 12,673 70,894 395,086 0,015 2 5,503 1 7,003 -0,961 -6,789 1,138 1 12,506 67,863 366,678 0,001 3 5,5 1 7 -1 -7 0,000 O primeiro valor que procuramos é 5,5, e .0)5,5(4 =P 40 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O O segundo ponto que procuramos é 1,012, e .0)012,1(P4 = 2 Aplique o Algoritmo Q-D para determinar todas as raízes dos polinômios a seguir: )0(e )1(q )1(e )2(q )3(q )3(q )3(e )4(q )4(e 4 0 0 0 0 -0,75 1,333 -1 0 3,25 2,083 -2,333 1 0 -0,481 -1,493 0,429 0 2,769 1,071 -0,411 0,571 0 -0,186 0,573 -0,596 0 2,583 1,83 -1,58 1,167 0 -0,132 -0,495 0,44 0 2,451 1,467 -0,645 0,727 0 -0,079 0,218 -0,496 0 2,372 1,764 -1,359 1,223 0 -0,059 -0,168 0,446 0 2,313 1,655 -0,745 0,777 k kx 1 1,5 -39,5 -1,5 38,5 Erro 0 1,5 1 3 -35 -54 -42,5 1 4,5 -28,25 -96,375 0,416 1 1,059 1 2,559 -36,79 -40,461 -4,349 1 3,618 -32,959 -75,365 0,058 2 1,001 1 2,501 -36,1 -37,647 0,804 1 3,502 -32,593 -70,283 0,011 3 1,012 1 2,5 -37 -38,5 0,000 41UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 0 -0,042 0,076 -0,465 0 2,271 1,773 -1,286 1,242 0 -0,033 -0,055 0,449 0 2,238 1,751 -0,782 0,793 0 -0,026 0,025 -0,455 0 2,212 1,802 -1,262 1,2480 -0,021 -0,018 0,45 0 2,191 1,805 -0,794 0,798 0 -0,017 0,008 -0,452 0 2,174 1,83 -1,254 1,25 0 -0,014 -0,005 0,451 0 2,16 1,839 -0,798 0,799 0 -0,012 0,002 -0,452 0 2,148 1,853 -1,252 1,251 Logo, as raízes do polinômio são números próximos a 2 (multiplicidade 2), -1 e 1,25. )0(e )1(e )1(e )2(q )3(q )3(q )3(e 0 2 0 0 0 2,5 -1,2 0 1 4,5 -3,7 1,2 0 -2,056 0,389 0 2 2,444 -1,255 0,811 0 1,056 -0,251 0 3 3,5 -2,562 1,062 0 -0,773 0,104 0 4 2,727 -1,685 0,958 42 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Logo, as raízes do polinômio são números próximos a 3, -2 e 1. 3 Aplique o Algoritmo Q-D para determinar todas as raízes dos polinômios a seguir, e as refine através do método de Newton, dada a precisão 10-2: )0(e )1(q )1(e )2(q )3(e )3(e )3(e 0 -2 0 0 0 -5,5 1,09 0 1 -7,5 6,59 -1,09 0 4,83 -0,18 0 2 -2,67 1,58 -0,91 0 -2,86 0,10 0 0 0,478 -0,059 0 5 3,205 -2,222 1,017 0 -0,331 0,027 0 6 2,874 -1,864 0,99 0 0,215 -0,014 0 7 3,089 -2,093 1,004 0 -0,146 0,007 0 8 2,943 -1,94 0,997 0 0,096 -0,004 0 9 3,039 -2,04 1,001 0 -0,064 0,002 0 10 2,975 -1,974 0,999 0 0,042 -0,001 0 11 3,017 -2,017 1 43UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 3 -5,52 4,54 -1,01 0 2,35 -0,02 0 4 -3,18 2,17 -0,99 0 -1,60 0,01 0 5 -4,78 3,78 -1,00 0 1,27 0,00 0 6 -3,51 2,51 -1 0 -0,91 0,00 0 7 -4,42 3,42 -1 Para essa quantidade de passos, obtivemos as seguintes aproximações: e Refinando k kx 1 2 -11 -12 Erro 0 -4,42 1 -2,42 -0,3 -10,67 1 -6,84 29,93 0,09 1 -4,06 1 -2,06 -2,63 -1,31 1 -6,12 22,24 0,01 2 -4 1 -2 -3 0,01 1 -6 21 0 3 -4 0,01 Portanto, por meio do refinamento, obtivemos 4,3)2( =q Refinando 4,3)2( =q 44 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O kx kx 1 2 -11 -12 Erro 0 3,4 1 5,4 7,36 13,02 1 8,8 37,28 0,11 1 3,05 1 5,05 4,41 1,45 1 8,1 29,12 0,02 2 3 1 5 4 0,00 k kx 1 2 -11 -12 Erro 0 -1 1 1 12 0,00 Ou seja, não há o que refinar. )0(e )1(e )1(e )2(q )2(e )3(q )3(e )4(q )4(e 0 5,3 0 0 0 0 -1,88 -0,78 -0,27 0 1 3,42 1,1 0,51 0,27 0 -0,6 -0,36 -0,14 0 2 2,82 1,34 0,73 0,41 0 -0,29 -0,2 -0,08 0 3 2,53 1,43 0,85 0,49 0 -0,16 -0,12 -0,05 0 4 2,37 1,47 0,92 0,54 0 -0,1 -0,08 -0,03 0 Portanto, por meio do refinamento, obtivemos .3)2( =q Refinando 1)3( −=q 45UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Para essa quantidade de passos, obtivemos as seguintes aproximações: 5 2,27 1,49 0,97 0,57 0 -0,07 -0,05 -0,02 0 6 2,2 1,51 1 0,59 0 -0,05 -0,03 -0,01 0 7 2,15 1,53 1,02 0,60 k kx 1 -5,3 9,96 -7,812 2,117 Erro 0 2,15 1 -3,15 3,19 -0,95 0,07 1 -1 1,04 1,29 0,03 1 2,1 1 -3,19 3,24 -0,99 0,03 1 -1,08 0,97 1,05 0,01 2 2,07 1 -3,2 3,24 -1,01 0,00 Portanto, por meio do refinamento, obtivemos .07,2)1( =q Refinando 53,1)2( =q 07. 1,53 k kx 1 -5,3 9,96 -7,812 2,117 Erro 0 1,53 1 -3,77 4,19 -1,4 -0,02 1 -2,24 0,76 -0,23 0,05 1 1,46 1 -3,84 4,36 -1,46 0,00 Portanto, por meio do refinamento, obtivemos 46 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O k kx 1 -5,3 9,96 -7,812 2,117 Erro 0 1,02 1 -4,28 5,59 -2,11 -0,03 1 -3,26 2,26 0,2 0,13 1 1,17 1 -4,16 5,21 -1,86 0,00 Portanto, por meio do refinamento, obtivemos k kx 1 -5,3 9,96 -7,81 2,12 Erro 0 0,6 1 -4,7 7,14 -3,53 0,00 Ou seja, não há o que refinar. TÓPICO 4 1 Encontre o polinômio interpolador de Lagrange da função f que relaciona os seguintes valores: x -1 0 1 2 ( )xf 0,5 2 -0,9 3 47UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 2 Encontre o polinômio interpolador de Newton da função g que relaciona os seguintes valores: x -1 0 1 2 ( )xg 1 -0,4 0,2 -1 48 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 3 Com base na tabela a seguir, estime ( )3,0f x -2 -1 0 1 2 3 ( )xg 1,25 3,25 3,75 -1,05 0,2 400 4 Considere a seguinte tabela: x -1 0 1 2 ( )xg 1 0,6 0,4 0 Encontre o valor de x para o qual ( ) 35,0xg = .0,35. 49UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O )(xg 0,4 0 )(1 xg − 1 2 5 Com base na seguinte tabela, x -1 0 1 2 ( )xf -1 0,6 0,64 1,0 Encontre o valor de x para o qual . = 0,35.( )xf )(xf -1 0,6 )(1 xf − -1 0 50 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 6 A seguir, temos duas tabelas relacionando a quantidade de alcatrão e a quantidade de nicotina (em miligramas) de várias marcas de cigarro, com e sem filtro: QUADRO I – CIGARROS COM FILTRO Alcatrão (mg) 8,3 18,6 27,3 35,9 Nicotina (mg) 0,32 1,10 1,42 2,23 QUADRO II – CIGARROS SEM FILTRO Alcatrão (mg) 32,5 37,2 43,4 Nicotina (mg) 1,69 2,12 2,65 a) Encontre o polinômio interpolador de Lagrange para o Quadro I. 51UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O b) Encontre o polinômio interpolador de Newton para o Quadro II. QUADRO II – CIGARROS SEM FILTRO Alcatrão (mg) 32,5 37,2 43,4 Nicotina (mg) 1,69 2,12 2,65 c) Através da interpolação linear, obtenha a quantidade de nicotina associada a 21 mg de alcatrão nos cigarros com filtro (Quadro I). Através da interpolação linear, obtenha a quantidade de nicotina associada a 21mg de alcatrão nos cigarros com filtro: 18,6 < 21 < 27,3. 52 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Ou 7 Considere a tabela a seguir: x 0,5 0,7 1,0 1,2 1,5 1,6 ( )xf -2,63 -2,57 -2,00 -1,23 0,63 0,79 a) Determine a raiz de ( )xf utilizando interpolação inversa sobre três pontos. R.: Como queremos o valor de f no ponto x = 0, consideraremos três pontos tais que a função inversa de f, 1f − mude de sinal entre dois deles, por exemplo, Então d) Através da interpolação linear, obtenha a quantidade de ALCATRÃO associada a 2,5 mg de NICOTINA nos cigarros sem filtro (tabela II). Através da interpolação linear, obtenha a quantidade de ALCATRÃO associada a 2,5mg de NICOTINA nos cigarros sem filtro (Quadro II). 2,12 <2,5 <2,65. 53UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Então a raiz de f será 0,53. b) Determine a raiz de ( )xf utilizando interpolação inversa sobre dois pontos (linear). R.: x -1,22 0,63 ( )xf 1− 1,2 1,5 8 De 1960 a 2000, o consumo de água (A) nos Estados Unidos em bilhões de galões por dia foi o seguinte: Ano 1960 1970 1980 1990 2000 (A) 136,43 202,70 322,90 411,20 494,10 De acordo com essa distribuição de valores, em que ano podemos estimar que foram consumidos 250 bilhões de galões? x 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 y 7,0 5,2 4,1 3,1 2,6 54 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O R.: x 1970 1980 )x(f 202,70 322,90 )x(f 202,70 322,90 )(1 xf − 1970 1980 Utilizando interpolação linear... Junho de 1972. 9 A resistência à compressão do concreto, σ , decresce com o aumento da razão água/cimento ( )cω em galões por saco de cimento. σ 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 c ω 7000 5237 4123 3107 2580 a) Determine o polinômio interpolador de Lagrange para a função f que relaciona estas duas variáveis. b) Determine o polinômio interpolador de Newton. c) Qual a razão água/cimento necessária para obter uma compressão do concreto de 6,0 galões por saco de cimento? DICA: Ao invés de trabalhar com os valores de c ω conforme aparecem na tabela, divida-ospor 1.000 e trabalhe com esta razão. R.: a) 55UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 56 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 10 A tabela a seguir apresenta um histórico do número de acidentes no Brasil envolvendo veículos motorizados. Ano 1980 1990 1997 2006 Número de Acidentes (em milhares) 8.300 10.400 13.600 14.600 57UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O De acordo com a tabela, nesses 26 anos houve um aumento de 78,3% no número de acidentes. Em que ano podemos dizer que esse acréscimo foi de 50%? R.: Ano 1980 1990 1997 2006 Número de Acidentes (em milhares) 8.300 10.400 13.600 14.600 Acréscimo de 50% = acréscimo de 4150 acidentes = 8300 + 4150 = 12450 acidentes. Como 10400 < 12450 < 13600, o ano que procuramos está entre 1990 e 1997. x 1990 1997 )x(f 10.400 12.450 13.600 )x(f 10.400 12450 13.600 )x(f 1− 1990 y 1997 Houve um acréscimo de 50% no início de 1994. 58 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 A tabela a seguir relaciona as alturas e os pesos de uma amostra de 9 homens entre as idades de 25 e 39 anos, extraída ao acaso entre os funcionários de uma grande indústria. (RUGGIERO; LOPES, 1996): Altura (cm) 183 173 168 188 158 163 193 163 178 Peso (kg) 79 69 70 81 61 63 79 71 73 a) Faça o diagrama de dispersão dos dados e observe que parece existir uma relação linear entre peso e altura. R.: b) Ajuste uma reta que descreva o comportamento do peso em função da altura, isto é, peso = f (altura). R.: 59UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O c) Estime o peso de um funcionário com 175 cm de altura; e estime a altura de um funcionário com 80 kg. R.: d) Ajuste agora a reta que descreve o comportamento da altura em função do peso, isto é, altura = f (peso). R.: e) Resolva o item c) agora com essa nova função e compare os resultados obtidos. Tente encontrar uma explicação. 60 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Os valores obtidos são os mesmos, considerando os arredondamentos. Isso ocorre porque uma função é o inverso da outra. f) Coloque num gráfico as equações b) e d) e compare-as. Não dá: são coisas diferentes. 2 Baseado na tabela a seguir, encontre a regressão polinomial de grau 2: x -1,8 -1,4 0 1 2,3 3,2 y -25 -20,2 -3,1 9,2 15,1 20,4 3 A tabela a seguir relaciona o número de acidentes em veículos motorizados no Brasil em alguns anos entre 1980 e 2006 (FRANCO, 2006): Ano Número de Acidentes(em milhares) Acidentes por 10.000 veículos. 1980 8.300 1.688 1985 9.900 1.577 1990 10.400 1.397 1993 13.200 1.439 1997 13.600 1.418 2000 13.700 1.385 2006 14.600 1.415 a) Calcule a regressão linear do número de acidentes no tempo. Use-a para estimar o número de acidentes no ano de 2010 (isto é chamado de análise temporal, visto que é uma regressão no tempo, e é usada para prognosticar o futuro). R.: 61UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O x y 1980 8.300 1985 9.900 1990 10.400 1993 13.200 1997 13.600 2000 13.700 2006 14.600 c) Compare os resultados das partes a) e b). Em qual delas você está mais propenso a acreditar? R.: Na segunda. A primeira apresenta uma taxa de crescimento no número de acidentes muito alta. 4 Encontre a regressão linear que melhor aproxima os seguintes valores: b) Calcule uma regressão quadrática do número de acidentes por 10.000 veículos. Use esta para prognosticar o número de acidentes por 10.000 veículos no ano de 2007. x y 1980 1.688 1985 1.577 1990 1.397 1993 1.439 1997 1.418 2000 1.385 2006 1.415 62 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Encontre a regressão linear que descreve a tabela acima pelo método dos mínimos quadrados. Dica: Utilize para o diâmetro e 2x para a inclinação. R.: n 1x 2x y 1 1 0,001 1,4 2 2 0,001 8,3 3 3 0,001 24,2 4 1 0,01 4,7 5 2 0,01 28,9 6 3 0,01 84,0 7 1 0,05 11,1 8 2 0,05 200,0 1X -3 -1 0 1 3 2X 0,2 0,3 0,5 0,7 0,8 Y 5,9 6,5 8,9 9,5 10,1 5 Em um estudo, determinou-se que a vazão de água em uma tubulação está relacionada com o diâmetro e com a inclinação dessa tubulação (em relação à horizontal). Os dados experimentais estão na tabela a seguir (FRANCO, 2006): Experimento Diâmetro Inclinação Vazão (m³/s) 1 1 0,001 1,4 2 2 0,001 8,3 3 3 0,001 24,2 4 1 0,01 4,7 5 2 0,01 28,9 6 3 0,01 84,0 7 1 0,05 11,1 8 2 0,05 200,0 63UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O 6 Aproxime os pontos abaixo por uma regressão polinomial do tipo 2 10 xaa)x(F += : x -0,6 -0,5 -0,3 0 0,4 0,8 y 0,45 0,4 0,5 0 0,6 1,4 R.: 7 A tabela a seguir relaciona o teor de ferro na capacidade de carga de vigas de concreto. Ferro (% peso) 6,8 7,3 7,7 8,1 8,5 8,6 Carga (ton/m²) 2,2 2,9 3,0 3,1 3,1 3,4 a) Encontre, através do método dos mínimos quadrados, a regressão linear que melhor aproxima estes pontos. R.: b) Encontre, através do método dos mínimos quadrados, a regressão polinomial que melhor aproxima estes pontos. R.: 64 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O TÓPICO 2 1 Com base na tabela a seguir: ix 0 1 2 3 4 iy 1 0,5 0,3 0,8 0,2 a) Calcule a integral numérica da função implícita no intervalo [0,3] via regra do trapézio. b) Calcule a integral numérica da função implícita no intervalo [2,4] regra 3 1 de Simpson. c) Calcule a integral numérica da função implícita no intervalo [1,3] via regra do trapézio generalizada. d) É possível calcular a regra 3 1 de Simpson generalizada no intervalo [1,4]? Se sim, calcule, caso contrário, justifique. R.: Não é possível, pois o número de subintervalos conhecidos contidos neste intervalo é ímpar, e a regra 3 1 de Simpson só pode ser aplicada quando o número de subintervalos é par. e) É possível calcular a regra 3 1 de Simpson generalizada no intervalo [0,4]? Se sim, calcule, caso contrário, justifique. R.: Sim. 65UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O f) É possível calcular a quadratura gaussiana no intervalo [0,4]? Se sim, calcule, caso contrário, justifique. R.: Não, pois não conhecemos a função propriamente dita que relaciona as duas variáveis. 2 Com base na tabela a seguir: ix 1 2 3 4 5 6 7 8 9 iy 1 7 13 20 22 31 35 42 44 a) Calcule a integral numérica da função implícita no intervalo [1,9] via regra do trapézio. b) Calcule a integral numérica da função implícita no intervalo [1,9] via regra 3 1 de Simpson. c) Calcule a integral numérica da função implícita no intervalo [1,9] via regra do trapézio generalizada. d) É possível calcular a regra 3 1 de Simpson generalizada no intervalo [1,9]? Se sim, calcule, caso contrário, justifique. 66 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O 3 Calcule via regras do trapézio e 3 1 de Simpson. Trapézio: Simpson: 4 Calcule via regras do trapézio e 3 1 de Simpson generalizadas, utilizando n=6. R.: n=6: Trapézio Generalizada: Simpson Generalizada: 5 Calcule via quadratura gaussiana. 6 Calcule via regras do trapézio, 3 1 de Simpson, quadratura gaussiana e analiticamente, e compare os resultados. R.: Sim, pois há um número par de subintervalos entre 1e 9. 67UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O Trapézio: Simpson: Quadratura Gaussiana: Analiticamente: O valor obtido via quadratura gaussiana coincidiu com o obtido analiticamente. Depois disso, o que mais se aproximou foi o via regra do trapézio. TÓPICO 3 1 Calcule as EDO a seguir no intervalo [ ]1;0 com h=0,1 pelo método de Euler e pelo Método de Euler Modificado: a) = −=′ 1)0(y yy Euler: n ny ny 0 0 1 1 0,1 0,9 2 0,2 0,81 3 0,3 0,73 4 0,4 0,66 5 0,5 0,59 6 0,6 0,53 7 0,7 0,48 8 0,8 0,43 9 0,9 0,39 10 1,0 0,35 68 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O Euler Modificado: j jx )y,x(fK 1j1j1 −−= ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− [ ]211jj KK2 hyy +⋅+= − 0 0 1 1 0,1 -1 -0,9 0,9 2 0,2 -0,9 -0,81 0,81 3 0,3 -0,81 -0,73 0,73 4 0,4 -0,73 -0,66 0,66 5 0,5 -0,66 -0,59 0,60 6 0,6 -0,6 -0,54 0,54 7 0,7 -0,54 -0,49 0,49 8 0,8 -0,49 -0,44 0,44 9 0,9 -0,44 -0,4 0,40 10 1,0 -0,4 -0,2 0,37 n nx ny 0 0 2 1 0,1 2 2 0,2 2,01 3 0,3 2,03 4 0,4 2,06 5 0,5 2,09 6 0,6 2,13 7 0,7 2,18 8 0,8 2,23 9 0,9 2,29 10 1,0 2,35 Euler Modificado: 69UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O j jx )y,x(fK 1j1j1 −−= [ ]211jj KK2 hyy +⋅+= − 0 0 2 1 0,1 0 0,1 2 2 0,2 0,1 0,19 2,01 3 0,3 0,19 0,27 2,03 4 0,4 0,27 0,34 2,06 5 0,5 0,34 0,41 2,1 6 0,6 0,4 0,46 2,14 7 0,7 0,46 0,51 2,19 8 0,8 0,51 0,56 2,24 9 0,9 0,56 0,6 2,3 10 1,0 0,6 0,64 2,36 ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− n nx ny 0 0 1 1 0,1 1 2 0,2 0,8 3 0,3 0,3 4 0,4 -1,7 5 0,5 -1,23 6 0,6 -0,42 7 0,7 2,44 8 0,8 1,87 9 0,9 1,01 10 1,0 -0,77 Euler Modificado: 70 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O j XJ )y,x(fK 1j1j1 −−= [ ]211jj KK2 hyy +⋅+= − 0 0 1 1 0,1 1 0,92 1,1 2 0,2 0,92 0,86 1,19 3 0,3 0,85 0,8 1,27 4 0,4 0,8 0,76 1,35 5 0,5 0,76 0,72 1,42 6 0,6 0,72 0,69 1,49 7 0,7 0,68 0,66 1,56 8 0,8 0,66 0,64 1,62 9 0,9 0,63 0,61 1,68 10 1,0 0,61 0,59 1,74 ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− 2 Calcule o valor de )5,0(y para cada um dos problemas a seguir via Método de Euler e Método de Heun, tomando h = 0,1: n nx ny 0 0 0 1 0,1 0 2 0,2 0,01 3 0,3 0,04 4 0,4 0,09 5 0,5 0,17 Euler Modificado: 71UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES C Á L C U L O N U M É R I C O j jx ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− [ ]211jj KK2 hyy +⋅+= − 0 0 0 1 0,1 0 0,01 0 2 0,2 0,01 0,04 0 3 0,3 0,04 0,09 0,01 4 0,4 0,09 0,16 0,02 5 0,5 0,16 0,25 0,04 n nx ny 0 0 1 1 0,1 -1 2 0,2 -0,9 3 0,3 -0,61 4 0,4 -0,07 5 0,5 0,4 Euler Modificado: j jx ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− [ ]211jj KK2 hyy +⋅+= − 0 0 1 1 0,1 -1 -0,71 0,91 2 0,2 -0,73 -0,5 0,85 3 0,3 -0,52 -0,34 0,81 4 0,4 -0,36 -0,2 0,78 5 0,5 -0,21 -0,08 0,77 72 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD C Á L C U L O N U M É R I C O n nx ny 0 0 1 1 0,1 1 2 0,2 1,1 3 0,3 1,3 4 0,4 1,6 5 0,5 2 Euler Modificado: j jx ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− ( )11j1j2 Khy,hxfK ⋅++= −− [ ]211jj KK2 hyy +⋅+= − 0 0 1 1 0,1 1 1,2 1,11 2 0,2 1,21 1,43 1,24 3 0,3 1,44 1,68 1,4 4 0,4 1,7 1,97 1,58 5 0,5 1,98 2,28 1,79
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