exercícios sobre zeros de funções - ufpe · 2015-05-07 · questão 1.7 representação...

54
Exercícios sobre zeros de funções Aula 7 André L. R. Didier 1 6 de Maio de 2015 7/47

Upload: others

Post on 04-Jul-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Exercícios sobre zeros de funçõesAula 7

André L. R. Didier1

6 de Maio de 2015

7/47

Page 2: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Introdução

Todas as questões foram obtidas da 3a edição do livro “MétodosNuméricos” de José Dias dos Santos e Zanoni Carvalho da Silva.

8/47

Page 3: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.6Representação numérica, aritmética de ponto flutuante, arredondamento

Considere a máquina F(10,5,−9,9). Nela, verifique se(a+b)+ c = a+(b+ c), onde

a = 32.424

b = 4.2131

c = 0.000382

9/47

Page 4: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.6F(10,5,−9,9)

Normalizando os números, temos:

a = 32.424 = 3.2424 ·101

b = 4.2131 = 4.2131 ·100

c = 0.000382 = 3.8200 ·10−4

10/47

Page 5: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.6F(10,5,−9,9), a = 3.4240 ·101, b = 4.2131 ·100, c = 3.8200 ·10−4

Fazendo (a+b)+ c, temos:(3.2424 ·101 +4.2131 ·100)+3.8200 ·10−4

=(3.2424 ·101 +0.42131 ·101)+3.8200 ·10−4

=3.6637 ·101 +3.8200 ·10−4

=3.6637 ·101 +0.0000382 ·101

=3.6637 ·101

E fazendo a+(b+ c), temos:3.2424 ·101 +(4.2131 ·100 +3.8200 ·10−4)

=3.2424 ·101 +(4.2131 ·100 +0.000382 ·100)

=3.2424 ·101 +4.2135 ·100

[arredondamento]

=3.2424 ·101 +0.42135 ·101

=3.6638 ·101

[arredondamento]

Os resultados são diferentes.

11/47

Page 6: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.6F(10,5,−9,9), a = 3.4240 ·101, b = 4.2131 ·100, c = 3.8200 ·10−4

Fazendo (a+b)+ c, temos:(3.2424 ·101 +4.2131 ·100)+3.8200 ·10−4

=(3.2424 ·101 +0.42131 ·101)+3.8200 ·10−4

=3.6637 ·101 +3.8200 ·10−4

=3.6637 ·101 +0.0000382 ·101

=3.6637 ·101

E fazendo a+(b+ c), temos:3.2424 ·101 +(4.2131 ·100 +3.8200 ·10−4)

=3.2424 ·101 +(4.2131 ·100 +0.000382 ·100)

=3.2424 ·101 +4.2135 ·100 [arredondamento]

=3.2424 ·101 +0.42135 ·101

=3.6638 ·101 [arredondamento]

Os resultados são diferentes.

11/47

Page 7: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.7Representação numérica, aritmética de ponto flutuante

Considere um computador hipotético que trabalha na base 10, com 5dígitos no significando e 2 dígitos no expoente, denotado porF(10,5,−99,99). Nele calcue o valor de:

S =4

∑n=0

17n

de duas formas: (i) da maior parcela para a menor e (ii) da menor parcelapara a maior.O que dizer1 diante dos resultados dos itens (i) e (ii)?

1Alguma propriedade dos números reais não foi verificada? Dos dois resultados, qual omais próximo do verdadeiro? Etc.

12/47

Page 8: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.7F(10,5,−99,99)

Em (i), calculamos:(((

170 +

171

)+ 1

72

)+ 1

73

)+ 1

74 . Temos:(((1.0000 ·100 +1.4286 ·10−1

)+2.0408 ·10−2

)+2.9155 ·10−3

)+4.1649 ·10−4

=((

1.1429 ·100 +2.0408 ·10−2)+2.9155 ·10−3

)+4.1649 ·10−4

=(

1.1633 ·100 +2.9155 ·10−3)+4.1649 ·10−4

=1.1662 ·100 +4.1649 ·10−4

=1.1666 ·100

Em (ii), calculamos: 170 +

(171 +

(172 +

(173 +

174

))). Temos:

1.0000 ·100 +(

1.4286 ·10−1 +(

2.0408 ·10−2 +(

2.9155 ·10−3 +4.1649 ·10−4)))

=1.0000 ·100 +(

1.4286 ·10−1 +(

2.0408 ·10−2 +3.3319 ·10−3))

=1.0000 ·100 +(

1.4286 ·10−1 +2.3740 ·10−2)

=1.0000 ·100 +1.6660 ·10−1

=1.1666 ·100

13/47

Page 9: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.7F(10,5,−99,99)

Em (i), calculamos:(((

170 +

171

)+ 1

72

)+ 1

73

)+ 1

74 . Temos:(((1.0000 ·100 +1.4286 ·10−1

)+2.0408 ·10−2

)+2.9155 ·10−3

)+4.1649 ·10−4

=((

1.1429 ·100 +2.0408 ·10−2)+2.9155 ·10−3

)+4.1649 ·10−4

=(

1.1633 ·100 +2.9155 ·10−3)+4.1649 ·10−4

=1.1662 ·100 +4.1649 ·10−4

=1.1666 ·100

Em (ii), calculamos: 170 +

(171 +

(172 +

(173 +

174

))). Temos:

1.0000 ·100 +(

1.4286 ·10−1 +(

2.0408 ·10−2 +(

2.9155 ·10−3 +4.1649 ·10−4)))

=1.0000 ·100 +(

1.4286 ·10−1 +(

2.0408 ·10−2 +3.3319 ·10−3))

=1.0000 ·100 +(

1.4286 ·10−1 +2.3740 ·10−2)

=1.0000 ·100 +1.6660 ·10−1

=1.1666 ·100

13/47

Page 10: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.11.eRepresentação numérica, aritmética de ponto flutuante

Considere o sistema de ponto flutuante dado por F(10,6,−99,99). Oselementos x = 0.4721025 ·108, y = 1.00321 ·105 e z = 0.0072134 ·106

pertencem a essa máquina. Verifique usando as representações de x , y ez neste sistema, se x · (y + z) = x · y + x · z.

14/47

Page 11: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.11.eF(10,6,−99,99), x = 0.4721025 ·108, y = 1.00321 ·105, z = 0.0072134 ·106

Normalizando os números, temos:

x = 0.4721025 ·108 =4.72102 ·107

[arredondamento]

y = 1.00321 ·105 =1.00321 ·105

z = 0.0072134 ·106 =7.21340 ·103

15/47

Page 12: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.11.eF(10,6,−99,99), x = 0.4721025 ·108, y = 1.00321 ·105, z = 0.0072134 ·106

Normalizando os números, temos:

x = 0.4721025 ·108 =4.72102 ·107 [arredondamento]

y = 1.00321 ·105 =1.00321 ·105

z = 0.0072134 ·106 =7.21340 ·103

15/47

Page 13: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.11.eF(10,6,−99,99), x = 4.72102 ·107, y = 1.00321 ·105, z = 7.21340 ·103

Fazendo x · (y + z), temos:

4.72102 ·107 ·(1.00321 ·105 +7.21340 ·103)

=4.72102 ·107 ·1.07534 ·105

=5.07670 ·1012

Fazendo x · y + x · z, temos:(4.72102 ·107 ·1.00321 ·105)+ (

4.72102 ·107 ·7.21340 ·103)=4.73617 ·1012 +3.40546 ·1011

=4.73617 ·1012 +0.340546 ·1012

=5.07672 ·1012

Logo, os cálculos têm resultados diferentes.

16/47

Page 14: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.11.eF(10,6,−99,99), x = 4.72102 ·107, y = 1.00321 ·105, z = 7.21340 ·103

Fazendo x · (y + z), temos:

4.72102 ·107 ·(1.00321 ·105 +7.21340 ·103)

=4.72102 ·107 ·1.07534 ·105

=5.07670 ·1012

Fazendo x · y + x · z, temos:(4.72102 ·107 ·1.00321 ·105)+ (

4.72102 ·107 ·7.21340 ·103)=4.73617 ·1012 +3.40546 ·1011

=4.73617 ·1012 +0.340546 ·1012

=5.07672 ·1012

Logo, os cálculos têm resultados diferentes.

16/47

Page 15: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1Bisseção, falsa posição (cordas), M.I.L., Newton e secantes

Para cada função:

1. Localizar, se existir, raiz real mais próxima da origem;

2. Determinar analiticamente um intervalo de amplitude 0.1 contendo tal raiz;

3. Aplicar os métodos abaixo para calcular a raiz aproximada:

3.1 Bisseção2

3.2 Falsa posição (cordas)3.3 Iterativo linear3.4 Newton-Raphson3.5 Das secantes

Considere uma máquina com 5 casas decimais e arredondamento padrão.2Para o método da Bisseção faça até que o intervalo de separação seja menor que

10−2 e indique quantas iterações serão necessárias antes de aplicar o método. Para osdemais métodos, faça até que |xi+1− xi | ≤ 10−3 ou i = 3

17/47

Page 16: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1 − 1e

0 −1.00000

1 e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 17: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1

− 1e

0 −1.00000

1 e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 18: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1 − 1e

0 −1.00000

1 e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 19: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1 − 1e

0

−1.00000

1 e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 20: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1 − 1e

0 −1.00000

1 e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 21: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1 − 1e

0 −1.00000

1

e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 22: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - localizar raiz real próxima à origemf(x) = x ·ex + x2−1

Vamos verificar alguns valores próximos da origem que facilitem oscálculos para verificar a mudança de sinal:

x f(x)

−1 − 1e

0 −1.00000

1 e

Há mudança de sinal no intervalo [0,1], logo existe ao menos uma raizreal.

18/47

Page 23: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 24: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1

−8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 25: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 26: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2

−7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 27: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 28: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3

−5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 29: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 30: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4

−2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 31: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 32: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5

7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 33: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - encontrar o intervalo de separação deamplitude 0.1f(x) = x ·ex + x2−1

Como f é uma função crescente3 no intervalo [0,1], calculamos os valoresde f com incremento de 0.1 a partir de 0:

x f(x)

0 −1.00000

0.1 −8.79482908 ·10−1

0.2 −7.15719448 ·10−1

0.3 −5.05042358 ·10−1

0.4 −2.43270121 ·10−1

0.5 7.4360635 ·10−2

Logo, o intervalo de separação de amplitude 0.1 é [0.4,0.5].

3f′ (x) = (x +1)ex +2 · x

19/47

Page 34: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - calcular a quantidade de iterações no métododa bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x , I = [0.4,0.5], l = 10−2

A quantidade de iterações é dada pela fórmula:

k≥ ln(b0−a0)− ln lln2

Substituindo pelos valores:

k≥ ln(

0.5

0.4

) − ln

10−2

ln2k≥

3.32193

A quantidade de iterações necessárias é 4.

20/47

Page 35: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - calcular a quantidade de iterações no métododa bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x , I = [0.4,0.5], l = 10−2

A quantidade de iterações é dada pela fórmula:

k≥ ln(b0−a0)− ln lln2

Substituindo pelos valores:

k≥ ln(0.5−

0.4

) − ln

10−2

ln2k≥

3.32193

A quantidade de iterações necessárias é 4.

20/47

Page 36: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - calcular a quantidade de iterações no métododa bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x , I = [0.4,0.5], l = 10−2

A quantidade de iterações é dada pela fórmula:

k≥ ln(b0−a0)− ln lln2

Substituindo pelos valores:

k≥ ln(0.5−0.4) − ln

10−2

ln2k≥

3.32193

A quantidade de iterações necessárias é 4.

20/47

Page 37: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - calcular a quantidade de iterações no métododa bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x , I = [0.4,0.5], l = 10−2

A quantidade de iterações é dada pela fórmula:

k≥ ln(b0−a0)− ln lln2

Substituindo pelos valores:

k≥ ln(0.5−0.4) − ln10−2

ln2k≥

3.32193

A quantidade de iterações necessárias é 4.

20/47

Page 38: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - calcular a quantidade de iterações no métododa bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x , I = [0.4,0.5], l = 10−2

A quantidade de iterações é dada pela fórmula:

k≥ ln(b0−a0)− ln lln2

Substituindo pelos valores:

k≥ ln(0.5−0.4) − ln10−2

ln2k≥ 3.32193

A quantidade de iterações necessárias é 4.

20/47

Page 39: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5

−2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2

0.45

−9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 40: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 41: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 42: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5

−9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2

0.475

−1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 43: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 44: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5

−1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2

0.4875

3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 45: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 46: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875

−1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2

0.48125

1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 47: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 48: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125

−1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2

0.478125

−1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 49: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 50: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 1.g - aplicar o método da bisseçãof(x) = x ·ex + x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 · x I = [0.4,0.5], l = 10−2, t = 4, imax = 3

x =a+b

2

a b f(a) f(b) x f(x)

0 0.4 0.5 −2.43270 ·10−1 7.43606 ·10−2 0.45 −9.17595 ·10−2

1 0.45 0.5 −9.17595 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.475 −1.05683 ·10−2

2 0.475 0.5 −1.05683 ·10−2 7.43606 ·10−2 0.4875 3.14235 ·10−2

3 0.475 0.4875 −1.05683 ·10−2 3.14235 ·10−2 0.48125 1.03101 ·10−2

4 0.475 0.48125 −1.05683 ·10−2 1.03101 ·10−2 0.478125 −1.58339 ·10−4

b4−a4 = 0.00625 < 10−2 e x = 0.478125

21/47

Page 51: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - aplicar o método das cordasf(x) = x ·ex +x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 ·x I = [0.4,0.5], |xi+1−xi | ≤ 10−3, imax = 3

x =a · f(b)−b · f(a)

f(b)− f(a)

a b f(a) f(b) xi f(xi ) |xi+1− xi |

1 4.00000 ·10−1 5.00000 ·10−1 −2.43270 ·10−1 7.43610 ·10−2 4.76589 ·10−1 −5.28300 ·10−3 —

2 4.76589 ·10−1 5.00000 ·10−1 −5.28300 ·10−3 7.43610 ·10−2 4.78142 ·10−1 −1.02000 ·10−4 1.55292 ·10−3

3 4.78142 ·10−1 5.00000 ·10−1 −1.02000 ·10−4 7.43610 ·10−2 4.78172 ·10−1 −2.00000 ·10−6 2.99415 ·10−5

Encontramos x = 0.478172.

22/47

Page 52: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - aplicar o M.I.L.f(x) = x ·ex +x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 ·x I = [0.4,0.5], |xi+1−xi | ≤ 10−3, imax = 3

Inicialmente precisamos determinar uma função geradora ϕ . Como x ·ex + x2−1 = 0,

podemos escolher ϕ1 (x) = x = 1−x2

ex . Sua derivada é: ϕ ′1 (x) =(x2−1)·ex−2x ·ex

e2x

Vamos verificar as condições de convergência:

1. As duas funções ϕ1 e ϕ ′1 são contínuas.

2. |ϕ ′1 (x) | ≤ k < 1,∀x ∈ I:x |ϕ ′1 (x) |

4.0000 ·10−1 1.09932 ·100

4.5000 ·10−1 1.08237 ·100

5.0000 ·10−1 1.06143 ·100

Logo ϕ ′1 não pode ser usada.Trivialmente não podemos escolher. Tente obter ϕ2 e ϕ3 isolando os outros termos daequação.

23/47

Page 53: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - aplicar o método new Newton-Raphsonf(x) = x ·ex +x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 ·x I = [0.4,0.5], |xi+1−xi | ≤ 10−3, imax = 3

A função geradora é definida por:

ϕ (xi) = xi+1 = xi −f(xi)

f′ (xi)

Logo, temos que:

ϕ (xi) = xi+1 = xi −xi ·ex

i + x2i −1

(xi +1)exi +2 · xi

Aplicando o método obtemos:

x ϕ (x) |xi+1− xi |

0 4.50000 ·10−1 4.78909 ·10−1 —

1 4.78909 ·10−1 4.78173 ·10−1 7.36000 ·10−4

Encontramos x = 0.478173.

24/47

Page 54: Exercícios sobre zeros de funções - UFPE · 2015-05-07 · Questão 1.7 Representação numérica, aritmética de ponto flutuante Considere um computador hipotético que trabalha

Questão 2.1.g - aplicar o método das secantesf(x) = x ·ex +x2−1, f′ (x) = (x +1)ex +2 ·x I = [0.4,0.5], |xi+1−xi | ≤ 10−3, imax = 3

A função geradora é definida por:

ϕ (xi) = xi+1 =xi−1 · f(xi)− xi · f(xi−1)

f(xi)− f(xi−1)

Aplicando o método obtemos:

xi xi−1 f(xi ) f(xi−1) ϕ (xi ) |xi+1− xi |

0 4.00000 ·10−1 5.00000 ·10−1 −2.43270 ·10−1 7.43610 ·10−2 4.76589 ·10−1 —

1 4.76589 ·10−1 4.00000 ·10−1 −5.28000 ·10−3 −2.43270 ·10−1 4.78289 ·10−1 1.70000 ·10−3

2 4.78289 ·10−1 4.76589 ·10−1 3.90000 ·10−4 −5.28200 ·10−3 4.78172 ·10−1 1.17000 ·10−4

Encontramos x = 0.478172.

25/47