Tentamen Numerieke Wiskunde (WISB251)

Vergelijkbare documenten
Uitwerking Tentamen Analyse B, 28 juni lim

== Modeluitwerking tentamen Analyse 1 == Maandag 14 januari 2008, u

Primitieve en integraal

De stelling van Rolle. De middelwaardestelling

2. Gegeven is de driehoek van figuur 10.10a. Gevraagd worden hoek β en de zijden a en c.

Parels van studenten tijdens een examen

Examen VWO. wiskunde B1,2 (nieuwe stijl)

2 Opgaven bij Hoofdstuk 2

Inhoud college 7 Basiswiskunde

ANTWOORDEN EN UITWERKINGEN TENTAMEN QUANTUMMECHANICA 2 VAN 31 MEI 2011

Tentamen Numerieke Wiskunde (WISB251)

Continuïteit en Nulpunten

Voorbereidende opgaven Examencursus

Werkblad TI-83: Over de hoofdstelling van de integraalrekening

Analyse. Lieve Houwaer Dany Vanbeveren

3 Snijpunten. Verkennen. Uitleg

Wiskundige Analyse 1

a = 1 b = 0 k = 1 ax + b = lim f(x) lim

Voorbereidende opgaven Kerstvakantiecursus

5.1 Rekenen met differentialen

Studiewijzer Wiskunde 2 voor B (2DB10, 2DB40), cursus 2005/2006.

Vectoranalyse voor TG

Uitwerking herkansing Functies en Reeksen

3 Numerieke Integratie

2 de Bachelor IR 2 de Bachelor Fysica

Numerical Integration (Hoofdstuk 5 in Ed. 7) Numerical Methods College 5: Numerieke Integratie (Hoofdstuk 5) Probleemschets

Eindexamen wiskunde B1-2 vwo 2004-I

Bespreking Examen Analyse 1 (Juni 2007)

Voorbereidende opgaven Stoomcursus

2 Verwisselingsstellingen en oneigenlijke integralen

Ongelijkheden groep 2

Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs Tijdvak 1 Dinsdag 25 mei uur

1.0 Voorkennis. Voorbeeld 1:

1.0 Voorkennis. Voorbeeld 1:

Praktische opdracht Optimaliseren van verpakkingen Inleidende opgaven

opgaven formele structuren procesalgebra

Voorbereidende opgaven Stoomcursus

Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs Tijdvak 1 Donderdag 20 mei uur

Opgave 1 Stel je eens een getal voor, bijvoorbeeld: 504,76. a b c

Hoofdstuk 0: algebraïsche formules

Hoofdstuk 5: Vergelijkingen van de

Inhoud Basiswiskunde Week 5_2

Eindexamen vwo wiskunde B pilot I

Fractionele calculus

2 ). Door steeds de functiewaarde aan de linkerkant te kiezen, krijgen we de benaderingsformule

Basiswiskunde Een Samenvatting

Opgaven bij Numerieke Wiskunde I

10.8. De Laplace vergelijking. De warmtevergelijking in meerdimensionale ruimten heeft de volgende vorm :

Tentamen: Kansrekening en Statistiek P0099

Tentamen Functies en Reeksen

Het kwadraat van een tweeterm a+b. (a+b)²

Getallenverzamelingen

Hertentamen. Elektriciteit en Magnetisme 1. Woensdag 14 juli :00-12:00. Schrijf op elk vel uw naam en studentnummer. Schrijf leesbaar.

Rekenregels van machten

Handig rekenen met eigenschappen G ( ) + (3 19) = 6 (6 + 14) + (5 + 55) = 80 ( ) + ( ) = 11

Eindexamen wiskunde B1-2 vwo 2007-I

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Tweede Ronde.

Eigenwaarden en eigenvectoren

Tentamen Numerieke Wiskunde dinsdag, 28 januari 2014,

V.4 Eigenschappen van continue functies

Correctievoorschrift VWO 2012

KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN SUBFACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSWETENSCHAPPEN HUB HANDELSWETENSCHAPPEN

Examen G0U13 Bewijzen en Redeneren Bachelor 1ste fase Wiskunde. vrijdag 31 januari 2014, 8:30 12:30. Auditorium L.00.07

Inleiding Natuurwetenschappen

INHOUDSTABEL. 1. BEWERKINGEN MET RATIONALE GETALLEN (fiche 1) a. TEKENREGELS (fiche 2a)... 5

NUMERIEKE WISKUNDE, 1-ste deel Inleiding in de Numerieke Analyse. Department of Mathematics. November door

F G H I J. 5480

Formeel Denken 2012 Uitwerkingen Tentamen

Formularium Analyse I

Tentamen Voortgezette Kansrekening (WB006C)

Lineaire formules.

Numerieke Analyse. Prof. Dr. Guido Vanden Berghe

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Vraag Antwoord Scores. (en dit is gelijk aan fa. is een primitieve functie van f a ) 1

Correctievoorschrift VWO 2012

Proeftentamen LAI (tweede deel), voorjaar 2006 Uitwerkingen

Ter Leering ende Vermaeck

Onafhankelijk van a. f snijdt de x-as in punt A ( , 0) Voor elke positieve waarde van a is een functie f. gegeven door F ( x) = x e ax.

Examen VWO wiskunde B. tijdvak 1 woensdag 16 mei uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

Tentamen Gewone Differentiaal Vergelijkingen II

4. Wortels van decimale getallen mag je met het RT uitrekenen. Maar voor opgaven met gehele numerieke factoren wordt een exact resultaat

Kwadratische reciprociteit

1.3 Wortels. = a b c. x = 1.5 Breuken. teller teller. noemer noemer. Delen: vermenigvuldig met het omgekeerde.

1E HUISWERKOPDRACHT CONTINUE WISKUNDE

In dit hoofdstuk introduceren we de hoofdrolspelers van het college: eindige automaten.

Eindexamen wiskunde B1 vwo 2007-I

Hoofdstuk 3. N gekoppelde oscillatoren. 3.1 De bewegingsvergelijkingen

Opgaven Functies en Reeksen. E.P. van den Ban

EXAMENONDERDEEL ELEKTRONISCHE INSTRUMENTATIE (5GG80) gehouden op woensdag 22 juni 2005, van tot uur.

Variatierekening. Deborah Cabib, Gerrit Oomens Eindverslag Project Wiskunde 2. Begeleiding: dr. Henk Pijls

Oefeningentoets Differentiaalvergelijkingen, deel 1 dinsdag 6 november 2018 in lokaal 200M van 16:00 tot 18:00u

Een regenton. W is het vlakdeel dat wordt ingesloten door de x-as, de y-as, de grafiek van r en de lijn x h, met 0 h

Resultatenoverzicht wiskunde B

Voorbereidende opgaven Herkansingscursus. Rekenregels voor vereenvoudigen

Syllabus Analyse 2A. door T. H. Koornwinder

Dictaat Functies en Reeksen. E.P. van den Ban

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Eerste Ronde.

wiskunde B pilot vwo 2015-I

1.1 Terug naar Archimedes met simpele voorbeelden

Kansrekening en dynamica als basis voor breed wiskundeonderwijs 2

Transcriptie:

1 Tentmen Numerieke Wiskunde (WISB251) Mk één opgve per vel en schrijf op ieder vel duidelijk je nm en studentnummer. Lt duidelijk zien hoe je n de ntwoorden komt. Onderstnde formules en stellingen mg je zonder bewijs gebruiken. Succes! Hndige formules en nottie Gedeelde differenties (x 0 < x 1 <... < x n ) Interpoltie Integrtie f[x i ] = f(x i ), f[x i, x j ] = f[x j] f[x i ], f[x i, x j, x k ] = f[x j, x k ] f[x i, x j ]. x j x i (x k x i ) f[x 0,..., x n ] = f (n) (ξ), ξ [x 0, x n ]. n! n p n (x) = f[x 0 ] + f[x 0, x 1 ](x x 0 ) +... + f[x 0, x 1,... x n ] (x x i ), e n (x) = f(x) p n (x) = f[x 0, x 1,..., x n, x] i=0 n (x x i ). f(x) dx = (b )f(( + b)/2) + f (ξ) 24 (b )3 (midpuntregel), f(x) dx = (b )(f() + f(b))/2 f (ξ) 12 (b )3 (trpeziumregel). Middelwrdestelling: Gegeven continue functies f en w wrbij w niet vn teken wisselt op het intervl [, b], dn is er een ξ [, b] wrvoor: f(x)w(x) dx = f(ξ) i=0 w(x) dx. Inverse vn een 2 2 mtrix ( ) ( ) b A =, A c d 1 d b =, d bc c Vstepuntstelling: De itertie x k+1 = g(x k ), met x 0 [, b] convergeert nr een vst punt x [, b] ls g < 1 op [, b]. Als bovendien g (x ) = 0, dn convergeert de itertie kwdrtisch. Vstepuntitertie voor linere stelsels: De itertie x k+1 = x k + M(b Ax k ), convergeert ls de spectrle rdius vn I MA kleiner dn 1 is, oftewel ρ(i MA) < 1.

2 pt. vrg 1 - niet-linere vergelijkingen We willen de derdemchtswortel vn een getl > 1 uitrekenen. ) Lt zien dt de volgende itertie convergeert nr 3 ls x 0 > 3 2/5 x k+1 = (2x k + /x 2 k)/3. ntwoord Een vst punt voldoet n x = (2x + /x 2 )/3, or 3x 3 = 2x 3 + so x 3 =. De itertie convergeert ls g (x) < 1 met g(x) = (2x + /x 2 )/3. We hebben g (x) = 2/3 2/x 3 /3 = 2(1 /x 3 )/3 dus in ieder gevl convergentie ls 1 /x 3 < 3/2 ofwel /x 3 < 5/2 dus x 3 > 2/5. x 0 > voldoet zeker n deze eis ngezien > 1. b) Een lterntieve methode om de derdemchtswortel uit te rekenen is x k+1 = x k 2( 2 x 3 k )/3. Welke vn de twee methoden convergeert sneller? (motiveer je ntwoord). ntwoord We willen weten hoe snel de methoden convergeren Voor de methode uit ) hebben we g ( 1/3 ) = 0, dus kwdrtische convergentie. We hebben hier en vstepuntitertie met g(x) = x (x 3 / 2 1/)/3 en g (x) = 1 2(x/) 2. We hebben g (x) < 1 ls (x/) 2 < 1, dus iig lineire convergentie voor x 0 (, ). Verder hebben we g ( 1/3 ) 0, dus geen kwdrtische convergentie. We hebben liever de methode uit ). 2 pt. vrg 2 - stelsels vergelijkingen We willen het stelsel Ax = b oplossen. Gegeven is dt A symmetrisch is en zowel positieve ls negtieve reële eigenwrden heeft. De kleinste eigenwrde (in bsolute zin) is µ, de grootste (in bsolute zin) is L. ) Lt zien dt de volgende vstepuntitertie convergeert nr de oplossing x k+1 = x k + (1/L 2 )A(b Ax k ) ntwoord De fout e k = x k x voldoet n e k+1 = e k (1/L 2 )A 2 e k. Voor convergentie moet de spectrle rdius vn I (1/L 2 )A 2 kleiner zijn dn 1. Angezien A 2 lleen positieve eigenwrden heeft en een spectrle rdius vn L 2 krijgen we het gewenste resultt. b) Lt zien dt met x 0 = 0 de reltieve fout n N iterties is geven door wrbij x = A b de excte oplossing is. x N x 2 x 2 ( 1 (µ/l) 2) N, 2

ntwoord We weten dt x N x 2 I A 2 /L 2 N 2 x 0 x 2. Met x 0 = 0 volgt hieruit x N x 2 x Verder hebben we ρ(i A 2 /L 2 ) = (1 (µ/l) 2 ). I A 2 /L 2 N 2 ρ(i A 2 /L 2 ) N. c) Hoeveel iterties zijn er miniml nodig om een reltieve fout vn mximl ɛ te grnderen wnneer we met x 0 = 0 beginnen? ntwoord N = log(ɛ)/ log(1 (µ/l) 2 ). 3 pt. Vrg 3 - Integrtie We willen integrlen benderen vn de vorm I = f(x) dx. We bekijken in deze opgve benderingen vn de vorm I α = f( α) + f(α), met α (0, 1]. ) Lt zien dt voor α = 1 de fout in de bendering I 1 is gegeven door I I 1 = 2 3 f (ξ), met ξ [, 1]. ntwoord We kunnen direct de formule vn het voorbld toepssen. Alterntief:we construeren de interpolnt p 1 (x) = f[] + f[, 1](x + 1) met foutterm e 1 (x) = f(x) p 1 (x) = f[, 1, x](x + 1)(x 1). N integrtie krijgen we We krijgen dus I I 1 = p 1 (x)dx = f() + f(1) = I 1. e 1 (x)dx = f[, 1, η] (x 2 1)dx = 2 3 f (ξ). b) We definieren de interpolnt vn f op de punten {, α, α, 1}: p 3 (x) = f[ α]+f[ α, α](x+α)+f[ α, α, ](x+α)(x α)+f[ α, α,, 1](x+α)(x α)(x+1). Geef een uitdrukking voor de fout e 3 (x) = f(x) p 3 (x). ntwoord Uit de hndige formules vinden we direct met ξ [, 1]. e 3 (x) = f[ α, α,, 1, x](x 2 α 2 )(x 2 1) = f (4) (ξ) (x 2 α 2 )(x 2 1), 4! 3

c) Lt zien dt we voor α = 1/3 geldt dt: p 3 (x)dx = f( α) + f(α). ntwoord We integreren eerst p 3 (x): p 3 (x)dx = 2f[ α] + 2αf[ α, α] + f[ α, α, ](2/3 2α 2 ) + f[ α, α,, 1](2/3 2α 2 ). Voor α = 1/3 zien we dt de ltste 2 termen wegvllen. Uitschrijven vn de gedeelde differenties 2f[ α]+2αf[ α, α] geeft de gewenste uitdrukking. d) Lt zien dt de bendering I α met α = 1/3 exct is ls f een 3de-grds polynoom is. ntwoord Met behulp vn (b) en (c) vinden we dt I I 2 = e 3 (x)dx = f 4 (ξ) (x 2 α 2 )(x 2 1)dx. 4! Voor 3de-grds polynomen geld dt f 4 (ξ) 4! = 0. Alterntief: voor een 3de-grds polynoom hebben we p 3 = f ngezien er mr een 3degrds polynoom is die door de gegeven punten gt. (Z.O.Z.) 4

3 pt. vrg 4 - differentilvergelijkingen De Adms-Bshford methode bendert de oplossing vn een differentilvergelijking u (t) = f(u(t)) ls volgt ũ n+1 = ũ n + t(3f(ũ n ) f(ũ n ))/2, voor gegeven ũ 0, ũ 1 en wr ũ n een bendering is vn u(n t). ) Lt zien dt de locle trunctiefout vn deze methode is gegeven door ũ n u(n t) = C ( t) 3, en geef een uitdrukking voor de constnte C. Hint: Gebruik een Tylorbendering vn de oplossing en een bendering vn u (t) in termen vn u (t) en u (t t). ntwoord Tylorbendering vn de oplossing: en de volgende bendering vn u Combineren geeft u n+1 = u n + tf(u n ) + t2 2 u (n t) + t3 6 u (τ n ), u (n t) = f(u n) f(u n ) t + t 2 u (τ n ) u n+1 = u n + tf(u n ) + tf(u n )/2 tf(u n )/2 + t3 6 (2u (τ n ) + u (τ n )). b) Lt zien dt je de methode ook kunt schrijven ls een stelsel vn 2 gekopelde vergelijkingen met w n = ( w1 w 2 w n+1 = w n + t 2 F (w n), ) ( ) 3f(w1 ) en F (w) =. Hint: Gebruik w f(w 2 ) n = ( un u n ) ntwoord Invullen geeft het gewenste resultt. c) Geef een uitdrukking voor het stbiliteitsgebied vn de methode. 5

ntwoord Ps toe op u (t) = λt: u n+1 = (1 + 3 tλ/2)u n ( tλ/2)u n. Herschrijf ls een stelsel met G = u n+1 = Gu n, ( ) 1 + 3 tλ/2 ( tλ/2) 1 0 Voor stbiliteit moet ρ(g) < 1. De chrcteristieke vergelijking is (1 + 3 tλ/2 µ)µ + ( tλ/2) = µ 2 (1 + 3z/2)µ + z/2, wr z = tλ. Hieruit volgt en stbiel ls µ ± < 1. µ ± = α ± α 2 4β 2 = 1 + 3z/2 ± 1 + z + 9z 2 /4, 2 6