94
INSTITUTO TECNOLOGICO DE DELICIAS Métodos Numéricos Ing. Cyntia Araiza Delgado. M.C.

Material Metodos Numericos

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Material Metodos Numericos

INSTITUTO TECNOLOGICO DE DELICIAS

Métodos Numéricos

Ing. Cyntia Araiza Delgado. M.C.

Page 2: Material Metodos Numericos

Métodos Numéricos Página 1

Page 3: Material Metodos Numericos

Unidad I Teoría de Errores

1.1 Importancia de los Métodos Numéricos.

Gran parte de la tecnología actual depende de la solución de modelos matemáticos que va desde la programación empotrada de una calculadora científica hasta el diseño y simulación de aeronaves y vuelos espaciales. La solución de un modelo matemático es sumamente sencillo puede obtenerse de manera analítica. Sin embargo, para la gran mayoría de modelos matemáticos del mundo real, las soluciones analíticas pueden no existir o ser extremadamente complejas, por lo cual se recurre a métodos numéricos, que aproximen las soluciones dentro de ciertos márgenes de tolerancia.

1.2 Conceptos Básicos.

Cifra Significativa:

Son aquellas que pueden ser empleadas en forma confiable para describir una cantidad.

Ejemplos:

.00123 3210,

1.23 x10−¿3 ¿ 3.21 x10¿3

3 C.S. 3 C.S.

Aproximación con t Cifras Significativas:

Sean Xv y Xc los valores verdadero y calculado de una cierta cantidad con Xv ≠ Xc. Decimos que Xc se aproxima a Xv con t cifras significativas cuando:

|Xv−XcXv |≤5 x10−¿ t ¿

Ejemplos:

Xv= 3.1415926 Xc se aproxima con 6 cifras significativas a Xv.

Xc= 3.1416

|3.1415926−3.14163.1415926 |≤5 x10−¿t ¿

2.3554 x 10−¿6≤5 x10−¿6¿¿

Métodos Numéricos Página 2

Page 4: Material Metodos Numericos

Métodos Numéricos Página 3

Page 5: Material Metodos Numericos

Precisión:

Expresa que tan cercana es una aproximación o una estimación con un valor respecto a las aproximaciones o iteraciones del mismo

Exactitud:

Indica que tan cercano es el valor calculado respecto al valor verdadero.

Incertidumbre:

Grado de acercamiento entre si a las diversas aproximaciones a un valor verdadero.

Sesgo:

Alejamiento sistemático del valor verdadero a calcular.

1.3 Errores

Si p* es una aproximación de p, el error se define comoE=p∗−p

Error Absoluto

EA=|p∗−p|

Error Relativo

ER=|p∗−p|p

si p≠0

Métodos Numéricos Página 4

Page 6: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

x=3.141592654

a) X*= 3.1416 (Redondeada) b) X*= 3.1415 (Truncada)

ER=|x∗−x|x

ER=|3.1415−3.141592654|

3.141592654

ER=2.9492x10−¿5¿

ER=|3.1415−3.141592654|

3.141592654 ER=2.3383x 10−¿6 ¿

Ejemplo de la Tarea.

X=4.49921

∑i=1

501i=1

1+ 1

2+ 1

3+…+ 1

50

a) X*= 4.49b) X*= 4.50

Código:int i;double acum;acum=0;for ( I = 1 ; I < 50 ; i + + )acum = acum + ( 1 + i )console . writeline ( acum )

Métodos Numéricos Página 5

Page 7: Material Metodos Numericos

1.4 Software De Computo Numérico Software De Acceso Libre

Axiom Calc 3D Free Math Gnu Plot Jacal Mathscribe Non Euclid Octave PyLab RLab Sage Scilab Singular Surf Winplot WxMaxima

Software Comercial

Derive Lab View Maple MathCad Mathematica Scientific Workplace

Métodos Numéricos Página 6

Page 8: Material Metodos Numericos

1.5 Métodos Iterativos A diferencia de los métodos directos donde la solución o una ecuación o sistema de ecuaciones se logran siempre al primer intento siguiendo paso a paso un procedimiento determinado, los métodos iterativos obtienen la solución como resultado de una serie de aproximaciones generadas sucesivamente a partir de una aproximación inicial a la solución.

Llamamos método iterativo a un procedimiento que acepta:

a) F(x) la función a iterar, tal que ran(f)≤ dom(f) y además cumple un criterio de convergencia.

b) Xo ∈ don (f), la aproximación inicial a la solución.c) ε , tolerancia del error.

Y se encuentra mediante un numero finito de iteraciones, una solución aproximada X* (con error ≤ε) para la ecuación X= F(x).

Métodos Numéricos Página 7

Page 9: Material Metodos Numericos

a[ ]b

Unidad II Métodos De Solución De Ecuaciones.

2.1 Método del Intervalo.Cuando para encontrar la solución a una ecuación F(x)=0 partimos de un intervalo [a ,b ] dentro del cual sabemos que se encuentra la solución.

2.2 Método de Bisección.Obtener una solución F(x)=0 dada una función f continua en [a ,b ] donde f(a) y f(b) tienen signos opuestos.

Encontrar un punto P tal que

p=a+ b−a2

=b+a2

Si f (p) . f (a) > a=p (signos iguales se mueve a)

Si f (p) . f (a) < a=p (signos iguales se mueve b)

|b−a|<0.000001Tol

Métodos Numéricos Página 8

Page 10: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

n an bn Pn F(pn) F(an)0 1 2 1.5 -0.625 -51 1.5 2 1.75 2.35 -0.6252 1.5 1.75 1.62 0.73 -0.6253 1.5 1.62 1.56 0.0364 -0.6254 1.5 1.56 1.53 -0.2984 -0.6255 1.53 1.56 1.545 -0.1320 -0.26846 1.545 1.56 1.552 -0.048 -0.13207 1.552 1.56 1.556 -0.0087 -0.0488 1.556 1.56 1.558 0.01383 -0.00879 1.556 1.558 1.557 -0.00256 -0.008710 1.557 1.558 1.5575 -0.00819 -0.0025611 1.5575 1.558 1.55775 0.01101 -0.0081912 1.5575 1.55775 1.557625 0.0096 -0.0081913 1.557625 1.55775 1.7576875 0.0103 -0.009614 1.557625 1.5576875 1.55765625 -0.00996 -0.009615 1.55765625 1.5576875 1.55767187 0.0101 -0.0099616 1.55765625 1.557671875 1.557664663 0.0100 -0.00996

f ( x )=x ¿3−4 x−10a [ 1,2 ] b

|b−a|<0.000001

|1.557671875−1.55765625|<1.5625 x10−¿5¿

Operaciones Para sacar F(an)

f (1 )=1¿3+4 (1 )−10=1+4−10=5

f (2 )=2¿3+4 (2 )−10=8+8−10=6

f (1.5 )=1.5¿3+4 (1.5 )−10=3.375+6−10=−0.625

f (1.75 )=1.75¿3+4 (1.75 )−10=2.35

f (1.62 )=1.62¿3+4 (1.62 )−10=0.73¿

f (1.56 )=1 .56¿3+4 (1.56 )−10=0.0364¿

Métodos Numéricos Página 9

Page 11: Material Metodos Numericos

Para sacar Pn

p=1+22

=32=1.5

p1=1.5+22

=3.52

=1.75

p2=1.5+1.752

=1.62

p3=1.5+1.622

=1.56

Ejercicios:

1) f ( x )=√x−Cosx [ 0,1 ] *2) f ( x )=x ¿3−7 x ¿2+14 x−6*+

a¿ [ 0,1 ] b¿ [1,3.2 ]

3) f ( x )=x ¿4−2 x¿3+4 x¿2+4 x+4*

a¿ [−2 ,−1 ]b¿ [ 0,2 ]c ¿ [ 2,3 ] d¿ [−1,0 ]

(*) Programa

(+)Cuaderno

Métodos Numéricos Página 10

Page 12: Material Metodos Numericos

a) Intervalo [0,1] f ( x )=x ¿3−7 x ¿2+14 x−6

n an bn Pn F(pn) F(an)0 0 1 0.5 -0.625 -61 0.5 1 0.75 0.984375 -0.6252 0.5 0.75 0.625 0.259765625 -0.6253 0.50 0.625 0.5625 -0.16187 -0.6254 0.5625 0.625 0.59375 0.05405 -0.161875 0.5625 0.59375 0.57816 -0.05238 -0.161876 0.57816 0.59375 0.585955 0.00115 -0.52387 0.57816 0.585955 0.58206 -0.0255 -0.52388 0.58206 0.585955 0.58401 -0.01215 -0.02559 0.58401 0.585955 0.58498 .00551 -0.0121510 0.58401 0.58498 0.584495 0.00883 -0.0121511 0.58401 0.584495 0.58425 -0.01050 -0.0121512 0.58425 0.584495 0.58437 -0.00968 -0.0105013 0.58437 0.584495 0.58443 -0.00927 -0.0096814 0.58443 0.584495 0.58446 -0.00907 -0.00927

|b−a|<0.0001

|0.584495−0.58443|=6.5 x10−¿5<0.0001¿

Métodos Numéricos Página 11

Page 13: Material Metodos Numericos

b) Intervalo [1,3.2] f ( x )=x ¿3−7 x ¿2+14 x−6

n an bn Pn F(pn) F(an)0 1 3.2 2.1 1.791 21 2.1 3.2 2.65 0.5521 1.7912 2.65 3.2 2.925 0.0858 0.55213 2.925 3.2 3.0625 -0.0544 0.08584 2.925 3.0625 2.99375 0.0063 0.08585 2.99375 3.0625 3.028125 -0.0265 0.00636 2.99375 3.028125 3.01094 -0.0107 0.00637 2.99375 3.01094 3.00234 -0.0023 0.00638 2.99375 3.00234 2.9980 0.00208 0.00639 2.9980 3.00234 3.00017 −1.7 x10−¿4 ¿ 0.0020810 2.9980 3.00017 2.9991 9.016 x 10−¿4 ¿ 0.0020811 2.9991 3.00017 2.9996 4.003 x 10−¿4 ¿ 9.016 x 10−¿4 ¿12 2.9996 3.00017 2.9999 1.0002 x10−¿4¿ 4.003 x 10−¿4 ¿13 2.9999 3.00017 3.000035 −3.4997 x10−¿5¿1.0002 x10−¿4¿14 2.9999 3.000035 2.99997 3.0002 x10−¿5 ¿ 1.0002 x10−¿4¿15 2.99997 3.000035 3.0000025 −2.5001 x10−¿6 ¿3.0002 x10−¿5 ¿

|b−a|<0.0001

|3.000035−2.99997|=6.5 x10−¿5<0.0001¿

Métodos Numéricos Página 12

Page 14: Material Metodos Numericos

2.3 Métodos de Aproximaciones Sucesivas.

También conocido como punto fijo.

Es uno de los métodos recomendados cuando queremos resolver una ecuación de la forma x=f (x):

Criterio de paro

i≥ No|Xn−Xn−1|≤ε F ( x )=x

Ejemplo:

x3−7 x2+14 x−6=0 Xo=1

Despejar x

14 x−x3+7 x2+6=014 x+7 x2+6=x3

(1) x=−x3+7x2+614

(2)x=3√7 x2−14 x+6

7 x2−14 x+6=x . x27 x2=x3−14 x+6

(3)x=7 x2−14 x+6x2 (4)x=3√ x3−14 x+6

−7

7 x2−14 x+6=x . x2

(5)7 x2−14 x+ 6x=x2 x=√ 7 x2−14 x+6

x

n Xn 1 2 3 4 50 1 1 1 1 1 11 6 /7 = 0.8571 -1 -1 1.1338 No Existe2 0.7509 3 27 1.27223 0.6802 3 1.4076

Ejercicios:

x4+2 x2−x−3=0 Xo=0

Métodos Numéricos Página 13

Page 15: Material Metodos Numericos

x−cos x=0 Xo=0

Métodos Numéricos Página 14

Page 16: Material Metodos Numericos

2.4 Métodos de Interpolación.Es una de las técnicas numéricas para resolver un problema de búsqueda de raíces F(x)=0 mas poderosas y conocidas-

Método de Newton.

Comienza con una aproximación inicial Po y genera nuevos puntos de la sig. Manera.

Pn=Pn−1−f (Pn−1)f ' (Pn−1)

Algoritmo:

Entrada: Po, TOL, No

Salida: Solución P o mensaje de Error.

1) i=12) Mientras i≤ No (pasos 3-6)

3) P=Po−f (Po)f '(Po)

4) si|P−Po|≤TOLentonces salida P y parar5) i=i+16) Po=P7) Salida (“El método fracasó después de No iteraciones”)

Ejemplo:

Tol=1x 10−¿5 ¿

f ( x )=cos ( x )−x Po=π4

n Pn F(Pn) F’(Pn)0

π4

-0.078291 -1.7071

1 0.7395 -0.0006943 -1.67392 0.7391 −2.4881 x10−¿5 ¿ -1.6736233 0.739085 3.6 x10−¿10¿ -1.6736124 0.739085 3.6 x10−¿10¿ -1.673612

Métodos Numéricos Página 15

Page 17: Material Metodos Numericos

Ejercicios:

1) f ( x )=x2−6Po=1 *+

2) f ( x )=−cos ( x )−x3Po=−1 *+

3) f ( x )=x3−2x2−5 Po=1 *

4) f ( x )=x−0.8−0.2Sen ( x )Po= π2

*

5) f ( x )=x3+3 x2−1Po=−3 *

(*) Programa

(+)Cuaderno

Método de la Secante.

Para encontrar una solución para f(x)=0 dadas las aproximaciones iniciales Po y P1

Algoritmo:

Entrada: Po, P1, TOL, No

Salida: Solución aproximada P o mensaje de error.

1) i=2qo=f (Po )q1= f ( p1)2) Mientras i≤ No ( pasos3−6 )

3) P=P1−q1 ( p1−p0 )q1−q 0

4) si|p−p1|≤TOLSalida P ,Parar5) i=i+16) Po=P1 , qo=q1 ,P1=p ,q1=f (p )7) Salida(El metodo fracasó despues de No iteraciones)

Métodos Numéricos Página 16

Page 18: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

f ( x )=cos ( x )−x Po=0.5 P1=π4

n Pn qn=f(Pn)0 0.51

π4

-0.078291

2 0.73638 0.00452463 0.739058 0.0000045264 0.739085 0.0000002235 0.739085133 0

Ejercicios:

1) f ( x )=x2−6Po=−3 ,P1=2 *+

2) f ( x )=−x3−cos ( x )Po=−1 ,P1=0 *+

3) f ( x )=x2−10 cos ( x )Po=−2 , P1=2 *

4) f ( x )=230x4+18x3−9x2−221 x−9 Po=−2 ,P1=2 *

(*) Programa

(+)Cuaderno

Métodos Numéricos Página 17

Page 19: Material Metodos Numericos

Unidad III Métodos De Solución De Sistemas De Ecuaciones.

3.1 Métodos Iterativos.Cuando el numero de variables de los sistemas a resolver es elevado (por ejemplo mas de 100) los métodos directos resultan imprácticos, es por eso que recurrimos a los iterativos.

Método de Jacobi.

Para resolver A x→=b→ dada la aproximación inicial x (0 ), donde A es una matriz y x→ y b→ dos vectores.

Algoritmo:

Entrada: No de ecuaciones e incógnitas n, los elementos de A (ai,j), los elementos b→ y los

elementos de X o→, TOL, No.

Salida: Solución aproximada X1, X2,…,Xn o mensaje de error.

1) K=12) Mientras (K≤ No ) paso (3−6)3) Para i=1,2,3 ,…,n

X 1=−∑J=i

n

(ai , j : Xo )+bn≠n

4) si||x→−Xo→||≤TOL Salida (X1,X2,…,Xn) Parar

5) K=K+16) parai=1,2,3 ,…,n Xoi=Xi7) Salida;El metodo fracasó despues de No Iteraciones

Ejemplo:10 x−x2+2 x3=6

−x1+11 x 2−x 3−x 4=252 x1−x2+10 x3−x 4=11

3 x2−x3+8 x 4=15Xo=[ 0,0,0,0 ]

X 1=6+x 2−2 x310

X 2=25+x 1−x3−3 x 411

X 3=−11−2 x1+x 2+x 410

Métodos Numéricos Página 18

Page 20: Material Metodos Numericos

X 4=15+3 x2−x38

n X1 X2 X3 X40 0 0 0 01 0.6 2.2727 -1.1 1.8752 1.0472 1.7159 -0.8052 0.188523 0.93263 2.05331 -1.04933 1.130894 1.015197 1.95369 -0.968106 0.97984255 0.98899 2.011415 -1.01028615 -0.0213536 1.0217138 1.992240 -0.9945212 0.9944347 0.998128 2.00399 -1.005675 1.0035958 1.001534 1.998333 -0.9988671 0.9977579 0.999607 2.00085 -1.0006978 1.2503447510 0.000225 1.931625 -0.974801925 1.375036511 0.9881229 1.90003 -0.96937905 1.028790412 0.983879 1.99385 -1.0047425 1.04131636913 1.000333 1.896835 -0.9930744 1.0017134414 0.997298 2.0001926 -1.001211756 1.005802615 1.0002616 1.99806168 -0.99886008 0.99977630516 0.999578 2.000188419 -1.0002685 1.0008693617 1.0000725 1.99970013 -0.9998098 0.9998957818 0.99993197 2.00005231 -1.00005491 1.00013622619 1.00001621 1.999951671 -0.99996754 0.9999735220 0.99998868 2.000011646 -1.000010723 1.00002218121 1.0000033 1.99999195 -0.999994353 0.99999429222 0.999998065 2.00000237 -0.1555552036 1.00000372523 1.0000006 1.999998623 -0.999999003 .999998856

X 1=√(1.0000006−0.999998065 )2+(1.999998623−2.00000237 )2+(−.999999003+1.000002036 )2+¿(.999998856−1.000003725)2

X 1=7.305647405 x 106≤1 x10−5

Métodos Numéricos Página 19

Page 21: Material Metodos Numericos

Ejercicios:

1)3 x1−x2+x 3=1

3 x 1+6 x2+2 x3=03 x1+3 x 2+7x 3=4

*

2)10x 1−x 2=9

−x1+10 x 2−2 x3=6−2 x2+10 x3=6

*+

3)10 x1+5 x 2=6

5 x1+10 x2−4 x 3=254 x 2+8 x3−x 4=11

*+

−x3+5x 4=−11

4)4 x1−x2−x 4=0

−x1+4 x 2−x3−x5=5−x2+4 x3−x6=0

*

x1−4 x 4−x5=6

−x 2−x 4+4 x5−x6=−2−x 3−x 5+4 x 6=6

5)4 x1+x 2+ x3+x 5=6

−x1−3 x2+x3+ x4=62 x1+x 2+5 x 3+4 x4−x 5=6

*

−x1−x2−x3+4 x 4=62 x2−x3+x 4+4 x 5=6

(*) Programa

(+)Cuaderno

Métodos Numéricos Página 20

Page 22: Material Metodos Numericos

Método de Gauss-Seidel.

Ejemplo:

10 x1+x 2+2x 3=6x 1+11x 2−x 3+3 x 4=25

2 x1+x 2−10 x3−x 4=−11

3 x2−x3+8 x 4=15

X (0 )=[ 0,0,0,0 ]

X 1=6+x 2−2 x310

X 2=25+x 1−x3−3 x 411

X 3=−11−2 x1+x 2+x 410

X 4=15+3 x2−x38

n X1 X2 X3 X40 0 0 0 01 .6 2.3272 -0.9872 0.87892 1.03016 2.03693 -1.014449 0.984353 1.00658 2.00355 -1.002526 0.9983534 1.0008602 2.0002978 -1.000307 0.999855 1.0000912 2.0000213 -1.000031 0.999996 1.0000083 2.00000066 -1.0000026 0.999999

X 1=√(1.0000006−1.00000083 )2+(2.00000009−2.0000066 )2+(−1.0000002+1.0000026 )2+¿(0.9999999−0.999998)2=8.135410254 X 10−6

Métodos Numéricos Página 21

Page 23: Material Metodos Numericos

3.2 Sistema De Ecuaciones No Lineales.

Método iterativo secuencial

Un sistema de ecuaciones no lineales tuene la forma:

f 1 ( x1 , x2 ,…, xn )=0f 2 ( x1 , x2 ,…, xn )=0

⋮fn ( x1 , x2 ,…, xn )=0

Este método resuelve.

g1 (x 1 , x 2 ,… ,xn )=x1g2 (x 1 , x 2 ,… ,xn )=x2

⋮gn (x 1 , x 2 ,… ,xn )=x3

Ejemplo:

3 x1−cos x2 x 3−12=0

x12−81 (x2+0.1 )2+Senx 3+1.06=0

e−x 1x 2+20 x3+ 10π−33

=0

X (0 )= [0.1,0 .1,0 .1 ]

x1=cos x2 x3+ 1

23

x2=√ x12+sen x 3+1.06−.1

81

x3=−( 10π−3

3 )−e−x 1x 2

20

n X1 X2 X30 0.1 0.1 0.11 0.499983 0.0201764 -0.5231012 0.499981434 0.000025561 -0.52309693 0.5 0.000025684 -0.5235981364 0.5 0.000025684 -0.523598136

La línea 3 y 4 son iguales por lo tanto el resultado es cero.

Métodos Numéricos Página 22

Page 24: Material Metodos Numericos

Métodos Numéricos Página 23

Page 25: Material Metodos Numericos

3.3 Interacción Y Convergencia En Un Sistema De Ecuaciones.

Método de Newton-Rapson.

Para aproximar la solución del sistema no lineal.

F→ (x→)=0→ dadax→(0)

Algoritmo:

Entrada: No de incógnitas y ecs. n, aproximación (x→ (0 ))=[ x1 , x 2 ,…,xn ] , TOL ,No .

Salida: Solución aproximada x→ o mensaje de error

1) K=12) Mientras K≤ No (pasos 3−7 )3) Calcular F→ ( x ) y J→(x ')4) Resolver el sistema lineal J→ (x ' ) y→=−F→ ( x )5) x→=x→+ y→

6) Si||y||≤TOLSalida (x→ ) parar7) K=K+18) Salida(“No máximo de iteraciones excedido”)

F→ (x→(K−1 ) )=

f 1(x1(K−1 ) x 2→(K−1 ) ,…, xn→ (K−1))f 2(x1(K−1 ) x 2→(K−1 ) ,…, xn→ (K−1))

⋮fn (x1(K−1 ) x2→ (K−1 ) ,…, xn→ (K−1))

y→=

y 1y 2⋮yn

J→(x→)=

∂ f 1∂ x1

∂ f 1∂ x2

∂ f 1∂xn

∂ f 2∂ x1

∂ f 2∂ x2

∂ f 2∂xn

⋮∂ fn∂ x 1

∂ fn∂x 2

∂ fn∂xn

Métodos Numéricos Página 24

Page 26: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

f 1x12+x2−37=0

f 2x 1−x22−5=0

f 3 x 1+x 2+x3−3=0

f→ ( x )=[ x12+x2−37

x 1−x22−5

x 1+x2+x 3−3]=[ 02+0−370−02−5

0+0+0−3]=[−37−5−3 ]

J→ (x→ )=[2x 1101−x2

2 011 1 ]=[ 2 (0 ) 10

1−2 (0 )0111 ]=[0 10

1 00111]=[ y 1

y 2y 3]=−[−37

−5−3 ]

[0 y1+ y 2+0 y 3=37y1+0 y2+0 y 3=5y1+ y2+ y 3=3 ]=[ y1=5

y2=37y3=−39]

[ 52+37−375−372−5

5+37−39−3]=−[ 251369

0 ]J→ (x→ )=[ 2(5)10

1−2(37)01 11 ]=[ 10 1 0

1−74 01 11 ]=[ 10 10

1−74 01 11 ]=[ y1

y2y3]=−[ 25

−13690 ]

Métodos Numéricos Página 25

Page 27: Material Metodos Numericos

Ejercicios (Programados):

1)4 x1

2−20 x1+ 14x2

2+8=0

12x1 x2

2+2x 1−5 x2+8=0

2)x 1 (1−x 1 )+4 x 2=12

(x1−2)2+(2x−3)2=25

3)

15 x1−x22−4 x 3=13

x12+10x 2−x 3=11

x23−25 x 3=−22

4) 5 X 12−x22=0x 2−.25 (senx 1+cosx 2 )=0

Métodos Numéricos Página 26

Page 28: Material Metodos Numericos

Documento:

“Ejemplo De Aplicaciones De Los Métodos Numéricos A Problemas De Ingeniería”

Autor:

Dr. Salvador Botello Rionda

Métodos Numéricos Página 27

Page 29: Material Metodos Numericos

Unidad IV Diferenciación E Integración Numérica.

4.1 Diferenciación Numérica.

4.1.1 Formulas de diferenciación progresiva y regresiva.

F ( x )=limh→0

f (Xo+h )−f (Xo)h

Cuando h>o es Dif. Progresiva

Cuando h>o es Dif. Regresiva

Ejemplo:

Xo=1.8 F(x)=Ln(x)

Xo F(Xo) F’(Xo)1.7 0.530628 0.571591.8 0.587787 0.540661.9 0.641853 0.512942.0 0.693147 0.48792.1 0.741937 0.4879

4.1.1 Formulas de 3 puntos.

f ' ( xo )= 12h

[−3 f ( xo )+4 f ( xo+h )−f ( xo+2h ) ]

f ' ( xo )= 12h

[ f ( xo+h )−f (xo−h)]

4.1.1 Formulas de 5 puntos.

f ' ( xo )= 12h

[ f ( xo−2h )+8 f ( xo−h )−8 f ( xo+h )−f ( xo+2h ) ]

f ' ( xo )= 12h

[25 f ( xo )+48 f ( xo+h )−36 f ( xo+2h )−16 f ( xo+3h )−3 f (xo+4 h ) ]

Métodos Numéricos Página 28

Page 30: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

h=0.2

Xo F(Xo) F’(Xo)0.78 0.703279 0.7145750.80 0.717356 0.696620.82 0.7311458 0.6834250.84 0.744693 0.6674050.86 0.757842 0.651150.88 0.770739 0.63711250.90 0.783327 0.637125

4.2 Integración Numérica.

4.2.1 Regla del Trapecio

∫a

b

f ( x )dx=h2

[ f ( xo )+ f (x 1)]

Donde

Xo=a

X1=b

h= X1-Xo

Ejemplo:

∫0

2dxx+1

=22 [ 1

0+1+ 1

2+1 ]=1+ 13=4

3

f ( x )= 1x+1

Xo=0

X1=2

h= 2 - 0 = 2ln (x+1){20=ln3−ln 1=1.09861

Métodos Numéricos Página 29

Page 31: Material Metodos Numericos

4.2.1 Regla de Simpson.

∫a

b

f ( x )dx=h3

[ f ( xo )+4 f ( x 1 )+ f (x 2)]

h=b−a2

xo=a

x2=b

x1= a+h

Ejemplo:

∫a

bdxx+1

=13 [ 1

0+1+4( 1

1+1 )+ 12+1 ]=1

3 [ 103 ]=10

9=1.1111111

4.2.3 Integración de Roomberg.

∫a

b

f ( x )dx

R1,1=h12

[F (a )+F (b ) ]=b−a2

[ f (a )+f (b ) ]

Para k=2,3,…, n

Rk−1=12

[Rk−1,1+hk−1 ]∑i=1

2k−2

f (a+ (2i−1 ) )hk

Para k=2,3,…, k

Rk , j=Rk , j−1+Rk , j−Rk−1 , j−1

4 j−1−1

Tabla de Resultados

R1,1

R2,1 R2,2

R3,1 R3,2 R3,3

R4,1 R4,2 R4,3 R4,4

Rn , 1 Rn , 2 Rn , 3 Rn , 4 Rn , n

Métodos Numéricos Página 30

Page 32: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

∫0

π

sin x dx n=6

f ( x )=Sen x a=0b=π h1=π−0=π

R1,1=h2

(f (a )+f (b ) )=π2

(sen 0+sen π )=0

R2,1=12 (R1,1+h1∑

i=1

22−2

f ( 0+(2i−1 ) )h2)k=2

h2= h1

22−1=π

2

R2,1=12 (0+π∑

i=1

1

f ( 0+(2 i−1 ) ) π2 )=R2,1=

12 (π (f (0+ (2i−1 ) ) π

2))=1

2 [ πf ( π2 )]R2,1=

12 (πSen π2 )=π2

n 1 2 4 5 61 02

π2

2.09439

3 1.896118 2.00455856 1.99856984 1.974231 2.00026867 1.9999827 2.0000051275 1.9935700 2.00001633 1.9999995 1.999999767 1.999999746 1.99839319 2.00000092 1.9999999 1.999999906 1.999999907 1.999999907

Métodos Numéricos Página 31

Page 33: Material Metodos Numericos

4.3 Integración Múltiple

Cuadratura Gaussiana.

∫c

d

∫a

b

f ( x , g )dydx≈ (b−a)(d−c )4

∑j=1

m

∑i=1

n

CmjCn , i f (b−a

2r n ,i+

b+a2,d−c

2rm, j+

d+c2

)

Métodos Numéricos Página 32

Page 34: Material Metodos Numericos

Unidad V Interpolación.

5.1 Polinomios de Interpolación de Newton.

Para obtener los coeficientes del polinomio.

Pn (x )=f [Xo ]+∑k=1

n

f [ xo , x1 , x2 ,…, xn ] ( x−xo )…(x−xk−1)

Ejemplo:

k xk F(xk) F’(xk)0 1.3 0.6200860 -0.5220321 1.6 0.4554022 -0.56989592 1.9 0.2818186 -0.5811571

Ejercicios:

1)

xj F(xj) F’(xj)8.3 17.56492 3.1162568.6 18.50515 3.151762

f (8.4 ) f ( x )=xln(x)

Métodos Numéricos Página 33

Page 35: Material Metodos Numericos

2)

xj F(xj) F’(xj)-0.5 -0.024750 0.7510000-0.25 0.3349375 2.1890000 1.1010000 4.002000

f (−13 ) f ( x )=x3+4.0001 x2+4.002x+1.101

3)

xj F(xj) F’(xj)0.1 -0.6249958 3.585020820.2 -0.28398668 3.140332710.3 0.00660095 2.666680430.4 0.2484244 2.16529366

f (0.25 ) f ( x )=x005 x−2 x2+3x−1

5.2Polinomio de Interpolación de LaGrange.Primero definimos

Lo ( x )= x−xixo−x 1

L1 (x)= x−xox1−xo

Y se define el polinomio

p ( x )=Lo ( x )F ( Xo )+ Li(X ) f (x)

Para mas funciones

Ln , k ( x )= ∏i=o i≠ k

n (x−Xi )(Xk−Xi)

El polinomio será

Pn (x )=∑K=0

n

f (Xk ) Ln ,k ( x )

Métodos Numéricos Página 34

Page 36: Material Metodos Numericos

Ejemplo:

i Xi F(Xi)0 2 0.51 2.5 0.42 4 0.253 5 0.20

L3,0= ∏i=o i≠ k

3 (x−Xi)(Xk−Xi)

=(x−X 1)(Xo−X 1)

.(x−X 2)

(Xo−X2).

(x−X3)(Xo−X 3)

L3,0=( x−2.5 )(2−2.5 )

.( x−4 )(2−4 )

.( x−5 )(2−5 )

=( x−2.5 ) ( x−4 ) (x−5 )

(−0.5 ) (−2 ) (−3 )

L3,0=( x−2.5)(x−4 )( x−5)

(−3)

L3,1=(x−xo)(x−x 2)(x−x3)

(x 1−xo)(x 1−x 2)(x 1−x3)=

(x−2)(x−4)(x−5)1.875

L3,2=(x−xo)(x−x 2)( x−x3)

(x 2−xo)(x 2−x 2)(x 2−x 3)=

(x−2)(x−2.5)( x−5)3

L3,3=(x−xo)( x−x2)(x−x3)

( x3−xo )(x3−x2)(x3−x3)=

(x−2)(x−2.5)(x−4)7.5

P3 (x )=f ( xo )L3,0+ f ( x 1 )L3,1+ f (x 2 ) L3,2+ f ( x3 )L3,3

P3 (3 )=0.5 [(x−2.5)(x−4)( x−5)−3 ]+0.4 [ (x−2)(x−4)(x−5)

1.875 ]+0.25[ (x−2)(x−2.5)(x−5)−3 ]+0.20[ (x−2)(x−2.5)(x−5)

7.5 ]P3 (3 )=0.5 [ 1

−3 ]+0.4 [1.0666 ]+0.25[ 1−3 ]+0.20 [−.0666 ]

P3 (3 )=0.33

Ejercicio:

Métodos Numéricos Página 35

i Xi F(Xi)0 0.0 1.000001 0.2 1.221402 0.4 1.491823 0.6 1.822124 0.8 2.22554

Page 37: Material Metodos Numericos

5.3Interpolacion Segmentada.

Método de Hermite.

H 2n+1 ( x )=∑J=0

n

f (Xj )H n , j+¿∑J=0

n

f ( Xj)H∆n , j ¿

H n+1=[1−2 ( x−xj ) L'n , j ( x ) ]Ln , j(x )

H∆n , j=( x−xj )L'n , j ( x )

Ejemplo:

Obtener el polinomio de Hermite y aproximar para F(1.5)

i F(Xi) F’(Xi)1.3 0.6200860 -0.52202321.6 0.4554022 -0.56989591.9 0.2818186 -0.5811571

N=2

L2,0=( x−x1 ) ( x−x2 )

( xo−x1 ) ( xo−x2 )=

( x−1.6 ) ( x−1.9 )(1.3−1.6 ) (1.3−1.9 )

= x2−1.6 x−1.9 x+3.04

(−0.3 ) (−0.6 )= x

2−3.5 x−3.040.18

L2,0=(2x )−3.5

0.18

L2,1=(x−xo ) ( x−x2 )

( x1−xo ) ( x1−x 2 )=

( x−1.3 ) ( x−1.9 )(1.6−1.3 ) (1.6−1.9 )

= x2−3.2 x+2.08(0.3 ) (−0.3 )

= x2−3.2x−2.47−0.09

L2,1=(2x )−3.2−0.09

L2,2=( x−xo ) ( x−x1 )

( x2−xo ) ( x2−x1 )=

( x−1.3 ) ( x−1.6 )(1.9−1.3 ) (1.9−1.6 )

= x2−2.9 x+2.08

(0.6 ) (0.3 )= x2−2.9 x−2.08

.18

L2,2=(2x )−2.9

0.18

H 2,0=[1−2(x−xo )L'2,0](L '2,0)2

H 2,0=[1−2 ( x−1.3 )]( 2 x−3.5 x+3.04.18 )

2

Métodos Numéricos Página 36

Page 38: Material Metodos Numericos

H∆2,0=( x−xo )L'2,0

2=(x−1.3)[ x2−3.5 x+3.40.18 ]

2

H 2,1=[1−2 ( x−1.6 )( 2 x−3.2x−0.09 )] [( x2−3.2x+2.47

−0.09 )2]

H∆2,1=( x−1.6 ) [ x2−3.2x+2.47

−0.09 ]2

H 2,2=[1−2 ( x−1.9 )( 2x−2.9x.18 ) ][ x2−2.9 x+2.08

.18 ]2

H∆2,2=( x−1.9 )[ x2−2.9x+2.08

.18 ]2

H 5=f ( xo )H 2,0+f ( x1 )H 2,1+ f (x 2 )H 2,2+¿ f ' ( xo) H∆2,0+f

' ( x 1)H ∆2,1+f ' (x2 )H ∆

2,2¿

H 5=0.632143341

Ejercicios:

1)

xj F(xj) F’(xj)8.3 17.56492 3.1162568.6 18.50515 3.151762

f (8.4 ) f ( x )=xln(x)

2)

xj F(xj) F’(xj)-0.5 -0.024750 0.7510000-0.25 0.3349375 2.1890000 1.1010000 4.002000

f (−13 ) f ( x )=x3+4.0001 x2+4.002x+1.101

Métodos Numéricos Página 37

Page 39: Material Metodos Numericos

3)

xj F(xj) F’(xj)0.1 -0.6249958 3.585020820.2 -0.28398668 3.140332710.3 0.00660095 2.666680430.4 0.2484244 2.16529366

f (0.25 ) f ( x )=x005 x−2 x2+3x−1

Unidad VI Solución de Ecuaciones Diferenciales.

6.1 Método de un Paso

Método de Euler.

Para resolver una ED y '=f (x , y ) dentro del intervalo a≤ x≤b con la condición inicial y (a )=α con N iteraciones.

La solución está dada por wi+1+hf ( xi ,wi )donde xi=a+ihWo (o )=α h=b−aN

Ejemplo:

y '= y−x2+1 0≤x ≤2 y (0 )=.5N=10

i xi wi yi |yi−wi|0 0.0 0.5 0.5 01 0.2 0.8 0.8292986 0.2929862 0.4 1.152 1.2140876 0.06208073 0.6 1.5504 1.6489406 0.09854064 0.8 1.98848 2.1272295 0.13874955 1.0 2.458176 2.640859 0.1826836 1.2 2.9498112 3.1799415 0.23013037 1.4 3.45177344 3.732400 0.280626568 1.6 3.950128128 4.283483 0.3333548729 1.8 4.428153754 4.815176 0.387022210 2.0 4.865784505 5.3054719 0.439687

Métodos Numéricos Página 38

Page 40: Material Metodos Numericos

Ejercicios:

1) y '=xe3 x−2 y 0≤ x≤1 y (0 )=0N=5 *+

2) y '=1+(x− y )2 2≤x ≤3 y (2 )=1N=10 *

3) y '=1+ yx

1≤x ≤2 y (1 )=2N=10*+

4) y '=cos 2x+Sen3 x 0≤x ≤1 y (0 )=1N=10 *

(*) Programa

(+)Cuaderno

Método de Rounge_kutta

Dada la ED y '=f (x , y ) en a≤ x≤b y y (a )=α , el método aproxima la solución de la sig. Manera:

Wo=α

K 1=hf ( xi,wi)

K 2=hf (xi+ h2,wi+ k 1

2)

K 3=hf (xi+ h2,wi+ k 2

2)

K 4=hf (xi+h ,wi+k3)

wi+1=wi+ 16(k 1+2k 2+2k3+k 4)

Donde h=b−aN

i xi wi yi |yi−wi|0 0.0 0.5 0.5 01 0.2 0.82928 0.82928 0.0000062 0.4 1.214043307 1.2140876 4.42 x10−5

3 0.6 1.648881828 1.6489406 5.87 10−5

4 0.8 2.127153575 2.1272295 7.59 x10−5

5 1.0 2.640762709 2.640859 9.62 x10−5

6 1.2 3.179820906 3.1799415 1.20 x10−5

Métodos Numéricos Página 39

Page 41: Material Metodos Numericos

7 1.4 3.732250588 3.732400 1.49 x10−5

8 1.6 4.283300201 4.283483 1.82 x10−5

9 1.8 4.814952199 4.815176 2.23 x10−5

10 2.0 5.29075359 5.3054719 0.01 x10−5

6.2 Método De Pasos Múltiples.

Corrector Predictor de Adams.

Calcular w1, w2 y w3 con Rounge_kutta a partir de i=4.5,…,N

X=a+ih

Predice w

w=w3+h[ 55 f ( x3 ,w3 )−59 f ( x2 ,w2 )+37 f (x 1 ,w1 )−9 f (xo ,wo)24 ]

Corrige wi

wi=w3+h[ 9 f ( x ,w )−19 f (x 3 ,w3 )+5 f ( x 2,w 2 )−f (x1 ,w1)24 ]

Ejemplo:

y '= y−x2+1o≤ x≤2 y (o )=0.5N=10

i xi wi yi0 0.0 0.5 0.51 0.2 0.82928 0.829282 0.4 1.15856 1.21408763 0.6 1.48784 1.64894064 0.8 2.023352533 2.12722955 1.0 2.520078434 2.6408596 1.2 3.030228351 3.17994157 1.4 3.549730104 3.7324008 1.6 4.0604522692 4.2834839 1.8 4.542751759 4.81517610 2.0 4.972726431 5.3054719

Métodos Numéricos Página 40

Page 42: Material Metodos Numericos

6.3 Sistema De Ecuaciones Diferenciales.

Sistema de orden m de problemas de valor inicial de primero orden puede expresarse como:

u1'du1dx

=f 1(x ,u1 ,u2 ,…,um)

u2'du2dx

=f 2(x ,u1 ,u2 ,…,um)

um' dumdx

=fm(x ,u1, u2 ,…,um)

Para a≤ x≤b con condiciones iniciales.

u1' (a)=α 1u2' (a)=α 2

⋮um' (a)=αm

Método de Rounge_kutta

Entrada: a, b, m, N, condiciones iniciales α 1 , α 2 ,…,αm

Salida: aproximaciones wi a uj(x)

1) h=b−aN

x=a

2) para j=1,2 ,…,mwj=αj3) Salida(x ,w1,w2 ,…,wm)4) parai=1 ,2 ,…, N pasos(5−11)5) para j=1,2 ,…,mkj=hfj(x ,w1 ,w2 ,…,wm)

6) para j=1,2 ,…,mk 2 j=hfj(x+ h2,w1+

k1,1

2,w2+

k1,2

2,…,wm+

k1 ,m

2)

7) para j=1,2 ,…,mk 3 j=hfj(x+ h2,w1+

k 1,1

2,w2+

k1,2

2,…,wm+

k1 ,m

2)

8) para j=1,2 ,…,mk 4 j=hfj¿9) para j=1,2 ,…,mwj ¿10) x=a+ih11) Salida ( x ,w1 ,w2 ,…,wm )12) Parar

Métodos Numéricos Página 41

Page 43: Material Metodos Numericos

Anexos

Métodos Numéricos Página 42

Page 44: Material Metodos Numericos

Instituto Tecnológico de Delicias

Método Bisección

Métodos Numéricos

Nombre de la maestra: Cyntia Araiza Delgado

Nombre de los integrantes: Cesar Guerrero

Fernando Soto

Fernando Reyes

13 de Febrero del 2012

Métodos Numéricos Página 43

Page 45: Material Metodos Numericos

Introducción

En esta ocasión el programa que se creo utiliza el método de Bisección el cual consiste en encontrar el valor que se encuentra en medio entre un intervalo cerrado [a, b]. Se basa en el teorema de Bolzano, el cual establece:

Una función f : R ! R es cero de al menos un valor de x entre a y b si f es continua en el intervalo cerrado [a, b] y f(a) y f(b) tienen signos opuestos.

La estrategia de este método, es partir de un intervalo [a, b] que cumple la condición f(a)f(b) < 0 y en cada iteración bisectar lo para obtener un nuevo intervalo [a1, b1] que también cumple con f(a1)f(b1) < 0 , hasta obtener un intervalo [an, bn] que cumple f(an)f(bn) < 0 pero además |b − a| <=tol, para un correspondiente a la tolerancia del error.

Se presentara el algoritmo utilizado:

Dado: f: función asociada a la ecuación f(x) = 0 a resolver, a y b: valores iníciales que cumplen f(a)f(b) < 0, : tolerancia del error. Entrega: c: la solución aproximada a la ecuación f(x) = 0 con un errorBiseccion (f, a, b, tol)2: repeats (a + b)/24: if f(s) = 0 then .// caso excepcionalreturn s6: else if f(a)f(s) < 0 thenb = s8: elsea = s10: end ifuntil |b − a| <=tol12: return send

Métodos Numéricos Página 44

Page 46: Material Metodos Numericos

LENGUAJE EN EL QUE SE DESARROLLO LA APLICACIÓN

C#.- es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET, que después fue aprobado como un estándar por la ECMA (ECMA-334) e ISO (ISO/IEC 23270). C# es uno de los lenguajes de programación diseñados para la infraestructura de lenguaje común.

Métodos Numéricos Página 45

Page 47: Material Metodos Numericos

Interfaz Grafica

A través de imágenes se explicara el programa utilizado para resolver problemas asignados durante la semana pasada.

El programa consiste de:

Cuatro botones, cada botón realiza la función que aparece en la superficie del botón. Un botón elimina los datos de los cuadros de texto y los listbox.

Aparecen cuatro cuadros de texto

o El primer cuadro de texto es utilizado para capturar el número de iteraciones que se desea utilizar para resolver la función. En ocasiones el usuario ingresa muchas iteraciones, para ello, el programa se detiene cuando encuentra las condiciones que cumplan el algoritmo.

o El segundo y tercero son utilizados para capturar los valores del intervalo [a,b]

Métodos Numéricos Página 46

Page 48: Material Metodos Numericos

o La tolerancia del error es capturada dentro del tercer cuadro de texto. Ojo: la tolerancia se debe ser ingresada en forma decimal y no utilizando notación científica.

Se utilizan dos listbox para demostrar los resultados.

PARAMETROS CON LOS QUE SE PROBO LA APLICACIÓN.

a b

f(x)=√X – Cos X [0 , 1] TOL= 1x10-4

f(x)= X3 – 7X2 + 14X – 6

a)[0,1] b)[1,3.2]

Métodos Numéricos Página 47

Page 49: Material Metodos Numericos

a)

b)

f(x)= X4 – 2X3 – 4X2 + 4X + 4

a) [-2,1] b)[0,2]

Métodos Numéricos Página 48

Page 50: Material Metodos Numericos

c)[2,3] d)[-1,0]

a)

b)

c)

Métodos Numéricos Página 49

Page 51: Material Metodos Numericos

d)

Métodos Numéricos Página 50

Page 52: Material Metodos Numericos

INSTITUTO TECNOLOGICO DE DELICIAS

METODOS ITERATIVOS:

JACOBI Y GAUSS-SEIDEL

METODOS NUMERICOS

Nombre de la maestra: Cyntia Araiza Delgado

Nombre de los integrantes: Cesar Guerrero

Fernando Soto

Fernando Reyes

Métodos Numéricos Página 51

Page 53: Material Metodos Numericos

Introducción

En esta ocasión el programa que se creo utiliza los métodos de solución de sistemas de ecuaciones de jacobi y de gauss-seidel.

-El método de jacobi consiste en resolver Ax=b dada una aproximación inicial x (0), donde A es una matriz, y x y b dos vectores.

ALGORITMO PARA EL METODO DE JACOBI

ENTRADA: No. de ecuacion e incognitas n, los elementos de A, los elementos de b y los elementos de Xo, TOL,No.

SALIDA: Solucion aproximada x1,x2,….xn o mensaje de error.

1) K=12) Mientras k <= No (pasos 3-6)3) Para i=1,2,….,r)

Xi=∑(ai,x0)+b4) Si ll x-x0ll<= TOL

SALIDA (x1,x2,…..,xn) parar5) K=k+16) Para i=1,2,3,….,n

X=07) SALIDA (‘EL METODO FRACASO DESPUES DE No. Iteraciones.

En análisis numérico el método de Gauss-Seidel es un método iterativo utilizado para resolver sistemas de ecuaciones lineales. Es un método iterativo, lo que significa que se parte de una aproximación inicial y se repite el proceso hasta llegar a una solución con un margen de error tan pequeño como se quiera. Buscamos la solución a un sistema de ecuaciones lineales, en notación matricia.

ALGORITMO PARA METODO GAUSS-SEIDEL

función Gauss-Seidel ( , )// es una aproximación inicial a la solución//para hasta convergencia hacerpara hasta hacer

para hasta hacer

Métodos Numéricos Página 52

Page 54: Material Metodos Numericos

si entonces

fin para

fin paracomprobar si se alcanza convergenciafin para

LENGUAJE EN EL QUE SE DESARROLLO LA APLICACIÓN

C#.- es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET, que después fue aprobado como un estándar por la ECMA (ECMA-334) e ISO (ISO/IEC 23270). C# es uno de los lenguajes de programación diseñados para la infraestructura de lenguaje común.

Interfaz Grafica

A través de imágenes se explicara el programa utilizado para resolver problemas asignados durante la semana.

El programa consiste de:

Once botones, cada botón realiza la función que aparece en la superficie del botón. Un botón elimina los datos de los cuadros de texto y los listbox.

Aparece un cuadro de texto

Métodos Numéricos Página 53

Page 55: Material Metodos Numericos

o El cuadro de texto es utilizado para capturar el número de iteraciones que se desea utilizar para resolver la función. En ocasiones el usuario ingresa muchas iteraciones, para ello, el programa se detiene cuando encuentra las condiciones que cumplan el algoritmo.

Se utilizan siete listbox para demostrar los resultados.

PARAMETROS CON LOS QUE SE PROBO LA APLICACIÓN.

METODO DE JACOBI.

1) 3X1-X2+X3=13X1+6X2+2X3=03X1+3X2+7X3=4

2) 10X1-X2=9-X1+10X2-2X3=6-2X2+10X3=6

Métodos Numéricos Página 54

Page 56: Material Metodos Numericos

3) 10X1+5X2

5X1+10X2-4X3

-4X2+8X3-X4= -11-X3+5X4= -11

4) 4X1-X2-X4=0 -X1+4X2-X3-X5=5 -X2+4X3-X6=0 -X1+4X4-4X5=6 -X2-X4+4X5-X6=-2 -X3-X5+4X6=6

Métodos Numéricos Página 55

Page 57: Material Metodos Numericos

5)4X1+X2+X3+X5=6-X1-3X2+X3+X4=62X1+X2+5X3+4X4-X5=6X1-X2-X3+4X4=62X2-X3+X4+4X5=6

Métodos Numéricos Página 56

Page 58: Material Metodos Numericos

METODO DE GAUSS-SEIDEL.

1) 3X1-X2+X3=13X1+6X2+2X3=03X1+3X2+7X3=4

2) 10X1-X2=9-X1+10X2-2X3=6-2X2+10X3=6

3) 10X1+5X2

5X1+10X2-4X3

Métodos Numéricos Página 57

Page 59: Material Metodos Numericos

-4X2+8X3-X4= -11-X3+5X4= -11

4) 4X1-X2-X4=0 -X1+4X2-X3-X5=5 -X2+4X3-X6=0 -X1+4X4-4X5=6 -X2-X4+4X5-X6=-2 -X3-X5+4X6=6

Métodos Numéricos Página 58

Page 60: Material Metodos Numericos

5)4X1+X2+X3+X5=6-X1-3X2+X3+X4=62X1+X2+5X3+4X4-X5=6X1-X2-X3+4X4=62X2-X3+X4+4X5=6

Métodos Numéricos Página 59

Page 61: Material Metodos Numericos

Instituto Tecnológico de Delicias

Método de la Secante

Métodos Numéricos

Nombre de la maestra: Cyntia Araiza Delgado

Nombre de los integrantes: Cesar Guerrero

Fernando Soto

Fernando Reyes

21 de Febrero del 2012

Métodos Numéricos Página 60

Page 62: Material Metodos Numericos

Introducción

En método se que utilizo en esta ocasión es el de la Secante, este método consiste del siguiente algoritmo:

Entrada: Po,P1,Tol,No

Salida: Solución aproximada P o mensaje de error

1. I=0;

Qo=F(Po)

Q1=F(P1)

2. Mientras i<=No(Pasos 3-6)

3. P=P1-(Q1(P1-Po))/Q1-Qo

4. Si |P-P1|<=Tol

Salida P1, parar

5. i=i+1;

6. Po=P1;

Qo=Q1;

P1=P;

Q1=F(P);

7. Salida (“El método fracaso de No iteraciones”);

Este método se basa en la utilización de dos puntos x0 y x1 como aproximaciones iníciales a la solución de la ecuación f(x) = 0, y calcula el tercer punto x2 resolviendo la siguiente ecuación de la secante, para y = 0 y x2 = x:

Métodos Numéricos Página 61

Page 63: Material Metodos Numericos

LENGUAJE EN EL QUE SE DESARROLLO LA APLICACIÓN

C#.- es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET, que después fue aprobado como un estándar por la ECMA (ECMA-334) e ISO (ISO/IEC 23270). C# es uno de los lenguajes de programación diseñados para la infraestructura de lenguaje común.

Métodos Numéricos Página 62

Page 64: Material Metodos Numericos

Interfaz Grafica

En la siguiente imagen se muestra el programa que se creo en el cual se utiliza el método ya mencionado anteriormente y se hicieron ejemplos en clase.

El programa consiste de:

Cinco botones, cuatro de ellos realiza la función que se muestra en ellos. El otro botón se encarga de limpiar o borrar los datos de los cuadros de texto y listbox.

Se muestran tres cuadros de texto

o El primer cuadro de texto que se muestra es utilizado para darle el número de iteraciones que se desea que realice el programa o que crea que son las correctas para resolver la función. El programa se detiene cuando encuentra las condiciones que cumplan el algoritmo.

o El segundo y tercero son utilizados para capturar las aproximaciones iníciales (Po y P1).

Se utilizan tres listbox

o El primero muestra el número de iteraciones que se utilizan.

o En el segundo muestra los valores que salen en Pn.

o En el tercero se muestra el valor de Qn.

Métodos Numéricos Página 63

Page 65: Material Metodos Numericos

PARAMETROS CON LOS QUE SE PROBO LA APLICACIÓN.

f(x)= x2 -6 Po= -3 P1= 2 TOL=1x10-5

Métodos Numéricos Página 64

Page 66: Material Metodos Numericos

f(x)= -x3 -Cosx Po= -1 P1= 0 TOL=1x10-5

Métodos Numéricos Página 65

Page 67: Material Metodos Numericos

f(x)= x2 -10Cosx Po= -2 P1= 2 TOL=1x10-5

Métodos Numéricos Página 66

Page 68: Material Metodos Numericos

f(x)= 230x4+18x3+9x2-221x-9 Po= -2 P1= 2 TOL=1x10-5

Métodos Numéricos Página 67

Page 69: Material Metodos Numericos

Instituto Tecnológico de Delicias

Método Roomberg

Métodos Numéricos

Nombre de la maestra: Cyntia Araiza Delgado

Nombre de los integrantes: Cesar Guerrero

Fernando Soto

Fernando Reyes

27de abril del 2012

Métodos Numéricos Página 68

Page 70: Material Metodos Numericos

Introducción

En esta ocasión el programa que se creo resuelve el método de Roomberg para integración.

 El Método de Romberg genera una matriz triangular cuyos elementos son estimaciones numéricas de

la integral definida siguiente:

Usando la extrapolación de Richardson de forma reiterada en la regla del trapecio. El método de Romberg

evalúa el integrando en puntos equiespaciados del intervalo de integración estudiado. Para que este método

funcione, el integrando debe ser suficientemente derivable en el intervalo, aunque se obtienen resultados

bastante buenos incluso para integrandos poco derivables. Aunque es posible evaluar el integrando en puntos

no equiespaciados, en ese caso otros métodos como la cuadratura gaussiana o la cuadratura de Clenshaw–

Curtis son más adecuados.

Métodos Numéricos Página 69

Page 71: Material Metodos Numericos

LENGUAJE EN EL QUE SE DESARROLLO LA APLICACIÓN

C#.- es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET, que después fue aprobado como un estándar por la ECMA (ECMA-334) e ISO (ISO/IEC 23270). C# es uno de los lenguajes de programación diseñados para la infraestructura de lenguaje común.

Métodos Numéricos Página 70

Page 72: Material Metodos Numericos

Interfaz Grafica

A través de imágenes se explicara el programa utilizado para resolver problemas asignados durante la semana pasada.

El programa consiste de:

Cuatro botones, cada botón realiza la función que aparece en la superficie del botón. Un botón elimina los datos de los cuadros de texto y los listbox.

Aparecen cinco ListBox

o Cada listbox demuestra una posición de la matriz generada por el método de Roomberg

Métodos Numéricos Página 71

Page 73: Material Metodos Numericos

PARAMETROS CON LOS QUE SE PROBO LA APLICACIÓN.

a b

∫x^4 dx [0 , 1] n=4

∫2dx/x-4 [0,0.5]

Métodos Numéricos Página 72

Page 74: Material Metodos Numericos

∫x²lnx dx [1,1.5]

Métodos Numéricos Página 73

Page 75: Material Metodos Numericos

∫e^3x sen2x dx [0, π/4]

Métodos Numéricos Página 74

Page 76: Material Metodos Numericos

INSTITUTO TECNOLÓGICO

De DELICIAS

Métodos: Runge Kutta y Euler

Catedrático.-Cyntia Araiza Delgado M. C.

Francisco Javier Salazar ContrerasAracely Escudero Urrutia

Métodos Numéricos Página 75

EQUIPO:

Page 77: Material Metodos Numericos

INTRODUCCIÓN

En esta ocasión se han programado los métodos de Runge Kutta Y Euler. Nuestra aplicación está programada en C# y se muestra enseguida.

Métodos Numéricos Página 76

Page 78: Material Metodos Numericos

Esta ventana es donde está en ejecución el programa y esta con dos apartados mencionados en la introducción y los cuales los llevan por título respectivamente.

Cada método contiene los mismos cuatro ejercicios separados en pestañas. En este caso llegamos ala conclusión de que Euler es mejor.

Métodos Numéricos Página 77