Ejercicios Con Regla de Simspon 1 Tercio
April 12, 2024 | Author: Anonymous | Category: N/A
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1. Plantee y solucione tres ejercicios sobre DiferenciaciΓ³n NumΓ©rica explicando paso a paso el procedimiento utilizado. Rta: Ej 1 1. Sea la funciΓ³n π(π) = π₯π§ π calcular la primera derivada por diferenciaciΓ³n numΓ©rica en el punto π = π, en base a la siguiente tabla, con π = π. π aplicando la primera diferencia finita hacia atrΓ‘s 4,7
π₯
4,8
4,9
5,0
5,1
5,2
1,54756 1,56862 1,58922 1,60944 1,62924 1,64866
π(π₯)
5,3 1,6677
SOLUCION π₯0 : Punto de interΓ©s de estudio o anΓ‘lisis β: Espaciamiento constante de la tabla π(π₯0 ): FunciΓ³n evaluada en el punto de anΓ‘lisis Formula, reemplazo los valores dados en la formula teniendo en cuenta la tabla π β² (π₯0 ) =
π(π₯0 ) β π(π₯0β1 ) π(5) β π(4.9) 1,60944 β 1,58922 = = = 0,2022 β 0.1 0,1
Ahora hallare de la forma normal la derivada de π(π₯) = ln π₯ 1
Lo cual nos darΓa πβ²(π₯) = π₯
A ahora evaluΓ³ el resultado en el punto de anΓ‘lisis 5 π β² (5) =
1 = 0.2 5
Ahora determino el error de la soluciΓ³n con el mΓ©todo numΓ©rico con respecto a la soluciΓ³n tradicional: π¬π = |
ππ β ππ π, π β π, ππππ |=| | = π, πππ ππ π, π
π¬% = |π¬π β πππ%| = (π, πππ) β πππ% = π, π% Hubo un error del 1.1% de la soluciΓ³n con el mΓ©todo numΓ©rico con respecto a la soluciΓ³n tradicional
Ej. 2 π«πππππππππππππ ππππππππ π (ππ+π)βπ(ππ) π
F`(x0) =
Halla la derivada de π (π₯) = π ππ (π₯), donde π₯ =
4 2
y con β = 0.1 Calcular la
respuesta y el grado de precisiΓ³n o de error πΊπππππΓ³π
πΉ(π₯0 ) = π ππ (π₯) π₯0 =
4 2
β = 0.1
4 4 π ππ ( + 0.1 β π ππ π (π₯0 + β) β π (π₯0 ) 2 2 πΉΒ΄(π₯0 ) β = β 0.1 πΉΒ΄(π₯0 ) = β0.46088060177 πΉΒ΄(π₯) = πππ π₯ πΉΒ΄Β΄ (π₯) = βπ πππ₯ πΈ = |
π´´ (π) β π ππ (2) | = | (0.1) | 2 2
πππ (π)| β€ 1
ππ πππ‘ππππ ππ ππππππ πΓ³π:
π₯0 < π < π₯0 + β
4 4 < π¦ < + 0.1 ππ ππππ ππ’π: 2 2 π ππ (π) < β0.46088060177 π¦ ππ πππ‘π π ππππ πΈ= |
π ππ π (0.1) 2
πππ Γ©ππ£ππ π ππ’π π π π(π₯) = π ππ (π₯), πΒ΄(π₯) = πππ (π₯, π¦) 4 4 πΉΒ΄(π₯0) = πΒ΄( ) = πππ ( ) = β0.416146836547π¬ππππ ππππ = βπ. ππππππππππππ 2 2 π¬ππππ ππππ = βπ. ππππππππππππ
Ej. 3 Aproximar el valor de la funciΓ³n
π β² (3) =
π(π₯+β)βπ(π₯ββ)
2β fΓ³rmula de los tres puntos de diferenciaciΓ³n, con β = 0,4
πΊπππππΓ³π
πππππππ π
π ππ π
πππππππππ πππππππ
π ππ ππππ ππππππ
π β² (π₯ ) = π«ππππ π=3 π = 0,4
π β² (3) =
π(3 + 0,4) β π(3 β 0,4) 2(0,4)
π(π₯ + β) β π(π₯ β β) 2β
,
utilizando la
π β² (3) =
π(3,4) β π(2,6) (0,8)
π β² (3) =
πΌπ 3,4 β π ππ 3,4 β πΌπ 2,6 β π ππ 2,6 (0,8)
π β² (3) =
0,07257 β 0,04334 0,07257 β 0,04334 = (0,8) (0,8)
π β² (3) =
0,02923 = 0,0365375 (0,8)
ππππππππππ π πππππ’πππ ππ ππ π‘πππππΓ³π ππ πππππ
πΈπ π£ππππ π£ππππππππ ππ ππ πππππ£πππ ππ ππ ππ’πππΓ³π
π β² (3) = πΌπ π₯ π ππ π₯ ππ π β² (3) = 0.0365375
πΈπ = |
ππ£ β ππ πππππ π£ππππππππ β πππππ πππ‘πππππ |= | |= ππ£ πππππ π£ππππππππ
πΈπ = |
πΈ 0,002141 |= | | ππ£ 0,0365375
π¬π = π, πππππππππ
πΈ% = πΈπ β 100% πΈ% = 0,058597331 β 100% πΈ% = 5,8% 3. Solucione el siguiente ejercicio utilizando el mΓ©todo de Trapecio, y la regla de Simpson 1/3 para n= 4. Y solucione el ejercicio utilizando la regla de Simpson 3/8 para n=3. AdemΓ‘s, realizar la grΓ‘fica correspondiente y determinar cuΓ‘l de los mΓ©todos es mΓ‘s exacto. MΓ©todo de trapecio π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π π
Datos π=π π=π π=π
βπ =
πβπ π
βπ₯ =
3β0 = 0,75 4
Formula βπ₯ = [π(π₯0 ) + 2π(π₯1 ) + 2π(π₯2 ) + 2π(π₯3 ) + π(π₯4 )] 2
π₯0 = 0 ππ = π₯0 + βπ₯ = 0 + 0,75 = 0,75
ππ = π₯1 + βπ₯ = 0,75 + 0,75 = 1,5
ππ = π₯2 + βπ₯ = 0,75 + 1,5 = 2,25
ππ = π₯3 + βπ₯ = 2,25 + 0,75 = 3 Con este resultado nos da la siguiente tabla.
i
x
0
0
1
0,75
2
1,5
3
2,25
4
3
π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π(π₯) = π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π π
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=0,34
π(π)
π(π. ππ) π, πππππππ.ππ π₯π§(π + π, πππππ)=0,81 π(π. π)
π, πππππππ.π π₯π§(π + π, πππππ)=π, ππ
π(π. ππ) π, πππππππ.ππ π₯π§(π + π, πππππ)=4,32 π(π)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=9,72
Reemplazamos βπ₯ = [π(π₯0 ) + 2π(π₯1 ) + 2π(π₯2 ) + 2π(π₯3 ) + π(π₯4 )] 2 π.ππ π
= [0,34 + 2(0,81) + 2(1,89) + 2(4,32) + (9,72)] 0.75 = [1,62 + 3,78 + 8,64 + 9,72] 2 0.75 = [23,76] = 8,91 2
Regla de Simpson 1/3 π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π π
Tenemos en cuenta la Regla de Simpson 1/3 con π par π
β« π(π±) β π
πβπ {π(π±π ) + ππ(π±π ) + ππ(π±π ) + ππ(π±π ) + β― . +ππ(π±π§βπ ) + ππ(π±π§βπ ) + π(π±π§ )} ππ§
Continuamos con bβa 3β0 = = 0,75 n 4 π0 = 0 π1 = 0 + 0,75 = 0,75 π2 = 0,75 + 0,75 = 1,5 π3 = 0,75 + 1,5 = 2,25 π4 = 2,25 + 0,75 = 3 Con este resultado nos da la siguiente tabla.
i
x
0
0
1
0,75
2
1,5
3
2,25
4
3
DespuΓ©s
3
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = 0
π(π)
3β0 {π(0) + 4π(0.75) + 2π(1.5) + 4π(2.25) + 2π(3)} 3(4)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=0,34
π(π. ππ)
π, πππππππ.ππ π₯π§(π + π, πππππ)=0,81
π(π. π)
π, πππππππ.π π₯π§(π + π, πππππ)=π, ππ
π(π. ππ)
π, πππππππ.ππ π₯π§(π + π, πππππ)=4,32
π(π)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=9,72
3
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = 0
3
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = 0
{(0,34) + 4(0,81) + 2(1,89) + 4(4,32) + (9,72)} 3(4)
[(0,34) + 3,24 + 3,78 + 17,28 + (9,72)] 12
3
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = 0
34,36 12
3
β«0 π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π, ππ
Regla de Simpson 3/8 π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π π
Tenemos en cuenta la Regla de Simpson 3/8 con π impar π
β« π(π₯)ππ₯ β π
3(π β π) [ π(π₯0 ) + 3 π(π₯1 ) + 3 π(π₯2 ) + π(π₯3 )] 8π
π = 3 πβπ 3β0 3 = = =1 π 3 3 π0 = 0 π1 = 0 + 1 = 1 π2 = 1 + 1 = 2 π3 = 2 + 1 = 3 Nos registra la siguiente tabla i
x
0
0
1
1
2
2
3
3
π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π
π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π
3(π β π) [ π(π₯0 ) + 3 π(π₯1 ) + 3 π(π₯2 ) + π(π₯3 )] 8π
π(π β π) [ π(0) + 3 π(1) + 3 π(2) + π(π)
π(π)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=0,34
π(π)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=1,08
π(π)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=π, ππ
π(π)
π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)=9,72
π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π
π(3)]
π [0,34 + 3 (1,08) + 3 (3,29) + (9,72)] ππ
π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π
[0,34 + 3,24 + 9,87 + 9,72 ] 2,66
π
β« π, πππππππ π₯π§(π + π, πππππ)π
π = π, ππ π
4. Solucione los siguientes ejercicios utilizando la IntegraciΓ³n de Romberg. Usando segmentos de longitud 1, 1/2, 1/4, 1/8 y 1/16. 5,5
b.β«1,5 π₯ 0,333 ln(1,098x)ππ₯ Formula π = π(π‘) + π(π‘) Segmento de longitud π=π
π=
πΌ = (π β π)
π π
π=
π π
π(π₯0 ) + 2 βπβ1 π=1 π(π₯π ) + π(π₯π ) 2π
a
b 1,5
Primero 5,5
Ultimo 0,1
0,164933
h=b-a
NIVEL 1 i
x 1
βπ₯
y 1,5
0,107005
5,5
0,164933
n 4
Trapecio
1 0,544
i
x
y
1,5
0,107005
1
3,5
0,141887
2
5,5
0,164933
βπ₯
n 2,0
2 0,555711
x
y
βπ₯
n
1,5
0,107005
1
4
1
2,5
0,126847
2
3,5
0,141887
3
4,5
0,154272
4
5,5
0,164933
i
x
y
βπ₯
n
1,5
0,107005
0,5
8
1
2
0,117763
2
2,5
0,126847
3
3
0,134787
4
3,5
0,141887
5
4
0,148338
6
4,5
0,154272
7
5
0,159780
8
5,5
0,164933
i
Trapecio
Trapecio 0,5589747
Trapecio 0,5598218
i
x
y
1,5
0,107005
1
1,75
0,112641
2
2
0,117763
3
2,25
0,122474
4
2,5
0,126847
5
2,75
0,130938
6
3
0,134787
7
3,25
0,138428
8
3,5
0,141887
9
3,75
0,145184
10
4
0,148338
11
4,25
0,151363
12
4,5
0,154272
13
4,75
0,157075
14
5
0,159780
15
5,25
0,162398
16
5,5
0,164933
NIVEL 2
βπ₯
n
0,25
16
Trapecio 0,560036
0,55966 0,56006 0,56010 0,56011 NIVEL 3
0,5600895 0,5601069
0,560108 NIVEL 4
4,49998 4,499999 NIVEL 5
4,4999833
5. Solucione paso a paso los siguientes ejercicios de Integrales MΓΊltiples: π
ππ
π,ππ
ππ β«π β«π β«π,ππ 0,25xy dzdydπ₯, donde para cada integral use el mΓ©todo de Trapecio
con n=4
π,ππ
β« π,ππ
0,25xy ππ π
π
6. Solucionar la ecuaciΓ³n de valor inicial π = (βπ, ππ² )/(ππ,πππ + π), usando el MΓ©todo de Euler con: b. y (0) = 4; h = 0.5 y considerando que x (0) = 0. El espacio para h lo completa con la ΓΊltima cifra de su documento
Formula
ππ+π = ππ + ππ(ππ ππ ) ππππ¨π¬
π‘ = 0.5 π±π = 0 π²π = 4
Primera iteraciΓ³n
ππ = π₯0 + β ππ = 0 + 0.5 = 0.5 ππ = π¦0 + β(π₯0 + π¦0 ) ππ = 4 + 0.5 β 0 β 4 = 4
Segunda iteraciΓ³n
π«ππππ π = 0.5 ππ = 0.5 ππ = 4 ππ = π₯1 + β
ππ = 0.5 + 0.5 = 1 ππ = π¦1 + β(π₯1 + π¦1 ) ππ = 4 + 0.5 β (0.5 + 4) = 6,25 Tercera iteraciΓ³n. π«ππππ π = 0.5 ππ = 1 ππ = 6,25 ππ = π₯2 + β ππ = 1 + 0.5 = 1,5 ππ = π¦2 + β(π₯2 + π¦2 ) ππ = 6,25 + 0.5 β (1 + 6.25) = 9,875 Mi nΓΊmero de cedula es 5 Referencias BibliogrΓ‘ficas Centremo. (2014). Regla de Simpson [Video] Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=jJdp1n4vaGg Cetremo. (2014). Regla del Trapecio [Video] Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=v0iIhdP9oxE&feature=youtu.be Vera, I. (2013). IntegraciΓ³n de Romberg [Video] Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=l44hSGuXYK8&feature=youtu.be RΓos, J.A. (2012). Integrales MΓΊltiples [Video] Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=hHJzmjkVVs8&feature=youtu.be HernΓ‘n, P. (2011). Ejercicio Integrales Triples - Calculo Integral - Mi Profesor de MatemΓ‘ticas[Video] Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=G5nwF2hibX4 Anguiano, M.A.(2017).MΓ©todo de Euler[Video] https://www.youtube.com/watch?v=V6wLYLvqZ84
Recuperado
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