Μαθηματικοί Υπολογισμοί Χειμερινό Εξάμηνο 2002-2003 8η Διάλεξη Επίλυση Εξισώσεων 20-27 Νοέμβρη 2002.

Slides:



Advertisements
Παρόμοιες παρουσιάσεις
Αλγόριθμοι σχεδίασης βασικών 2D σχημάτων (ευθεία)
Advertisements

Βασικές έννοιες αλγορίθμων
ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ
27 Νοέμβρη 2002.
9 Νοέμβρη 2002.
Μαθηματικοί Υπολογισμοί Χειμερινό Εξάμηνο η Διάλεξη Δημιουργία Συναρτήσεων με Ημιτονοειδή Δεκέμβρη 2002.
Στατική Συμβολική Παραγώγιση Λάμδα Εκφράσεων στην C++
Τι είναι ο υπολογιστής; Τι είναι ο προγραμματισμός
Τα στοιχειώδη περί γεωδαιτικών υπολογισμών
Μαθηματικοί Υπολογισμοί Χειμερινό Εξάμηνο η Διάλεξη Παραστάσεις Καμπυλών και Επιφανειών 23 Οκτώβρη 2002.
Παράδειγμα 2: Κινηματογράφοι Να γραφεί πρόγραμμα το οποίο:
Ομάδα Γ. Ο υπολογιστής ως επιστημονικό εργαλείο. Ακρότατα συνάρτησης FindMinimum[x Cos[x],{x,2}] { ,{x  }} Plot[x Cos[x],{x,0,20}] FindMinimum[{x.
9 Οκτώβρη 2002.
Μαθηματικοί Υπολογισμοί Χειμερινό Εξάμηνο η Διάλεξη Οθόνες γραφικών που βασίζονται σε εικονίδια (pixels) 24.
Μαθηματικοί Υπολογισμοί Χειμερινό Εξάμηνο η Διάλεξη Εισαγωγή 2 Οκτώβρη 2002.
Καλή και δημιουργική χρονιά.
ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Β. Κώστογλου – Τμήμα Πληροφορικής ΑΤΕΙ-Θ
Αριθμητική Ανάλυση ΙΙ Ακαδημαϊκό Έτος η Εβδομάδα
13 & 18 Νοέμβρη 2002.
Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι
Γ΄ κατεύθυνση Προβληματισμοί για τους ορισμούς, θεωρήματα, παραδείγματα και τις ασκήσεις του 3ου κεφαλαίου
Η αλληλουχία των ενεργειών δεν είναι πάντα μία και μοναδική!!!
Αριθμητικές Μέθοδοι Βελτιστοποίησης Θεωρία & Λογισμικό Τμήμα Πληροφορικής - Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Ι. Η. Λαγαρής.
Εργαστήριο Δασικής Διαχειριστικής & Τηλεπισκόπησης ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ Διδάσκων Δημήτριος Καραμανώλης, Επίκουρος Καθηγητής ΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ.
Εισαγωγή στις Αρχές της Επιστήμης των Η/Υ» Β΄ τάξης Γενικού Λυκείου
Ο Μετασχηματισμός Laplace και ο Μετασχηματισμός Ζ
Αριθμητική Ανάλυση Μεταπτυχιακού 6η Ε Β Δ Ο Μ Α Δ Α Ακαδημαϊκό Έτος Τετάρτη 26, Νοεμβρίου 2008 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ.
Η αλληλουχία των ενεργειών δεν είναι πάντα μία και μοναδική!!!
Ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη κίνηση
Παράλληλοι Επιστημονικοί Υπολογισμοί Τομέας Θεωρητικής Πληροφορικής Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστημίο Αθηνών.
Μια εξίσωση της μορφής αχ + βχ = γ όπου α,β,γ είναι πραγματικοί αριθμοί και x, y μεταβλητές, ονομάζεται γραμμική εξίσωση με δύο αγνώστους.
Η αλληλουχία των ενεργειών δεν είναι πάντα μία και μοναδική!!!
Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις ΙΙ
ΒΕΣ 06: Προσαρμοστικά Συστήματα στις Τηλεπικοινωνίες © 2007 Nicolas Tsapatsoulis Προσαρμοστικοί Αλγόριθμοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Ο αναδρομικός.
Δουλεύει για όλους τους αριθμούς! Η δεύτερη ΓΡΑΨΕ δεν θα εκτελεστεί ποτέ!
Θεωρία Υπολογισμού Αλγόριθμοι και Μηχανές Turing Υπολογισιμότητα.
Αλγόριθμοι - Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ - 4ο εξάμηνο1 Ανάλυση Αλγορίθμων b Θέματα: Ορθότητα Χρονική αποδοτικότητα Χωρική αποδοτικότητα Βελτιστότητα b Προσεγγίσεις:
Εργαστήριο Δασικής Διαχειριστικής & Τηλεπισκόπησης Δασική Διαχειριστική Ι Διδάσκων Δημήτριος Καραμανώλης, Επίκουρος Καθηγητής Μάθημα 3 ο.
Κοζαλάκης Ευστάθιος ΠΕ03
ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τι είναι αλγόριθμος
Πως μπορεί κανείς να λύσει προβλήματα με τη βοήθεια της Mathematica Πρόβλημα 10 α : Κλίση καμπύλης Πρόβλημα 10 β : Εμβαδόν καμπύλης Ομάδα Δ. Λύνοντας Προβλήματα.
Οι εντολές επανάληψης Σε πολλά προβλήματα απαιτείται η επανάληψη ενός συνόλου ενεργειών προκειμένου να λυθεί το πρόβλημα. Θα αναφέρουμε δύο χαρακτηριστικά.
Διάλεξη 3: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων (συνέχεια)
Προγράμματα Συμβολικών Μαθηματικών.
Μελέτη Δ.Ε. με χρήση του Mathematica
Διδακτικό Προσωπικό: Παραδόσεις: Φροντιστήρια: Χρήστος Δ. Ταραντίλης
Ένα δείγμα προβλημάτων στα Αριθμητικά του Διόφαντου
Μηχανική Μάθηση σε Συστήματα Πολλαπλών Πρακτόρων Παπαλιάς Κωνσταντίνος Τμήμα Πληροφορικής.
Διάλεξη 14: Εισαγωγή στη ροή ρευστών
Τίτλος: Επίλυση Αλγεβρικών Υπερβατικών Εξισώσεων
Πρακτικη Ασκηση προοδος ΘΕΜΑ : κρισιμα συμβαντα
ΔΟΜΗ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ ΟΣΟ ΣΥΝΘΗΚΗ ΕΠΑΝΑΛΑΒΕ ΕΝΤΟΛΕΣ ΕΝΤΟΛΕΣΤΕΛΟΣ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ.
Για μτ από ατ μέχρι ττ [με_βήμα β] εντολές Τέλος_επανάληψης : περιοχή εντολών μτ : η μεταβλητή της οποίας η τιμή θα περάσει από την αρχική.
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ Ι 7 η Διάλεξη Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΟΥ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΟΥ ΤΟΠΟΥ ΡΙΖΩΝ  Ορισμός του γεωμετρικού τόπου ριζών Αποτελεί μια συγκεκριμένη καμπύλη,
דוגמאות - תנועה במישור בהשפעת כוח קבוע
ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ II Καθ. Πέτρος Π. Γρουμπός Διάλεξη 3η Μετασχηματισμός Fourier.
Σήματα και Συστήματα 11 10η διάλεξη. Σήματα και Συστήματα 12 Εισαγωγικά (1) Έστω γραμμικό σύστημα που περιγράφεται από τη σχέση: Αν η είσοδος είναι γραμμικός.
ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ II Καθ. Πέτρος Π. Γρουμπός Διάλεξη 8η Στοχαστικά Σήματα - 1.
. 8η Διάλεξη Παρεμβολή Hermite
Δομή επιλογής Πολλές φορές για να λυθεί ένα πρόβλημα πρέπει να ελεγχθεί αν ισχύει κάποια συνθήκη Παράδειγμα 2: Να διαβαστεί ένας αριθμός και να επιστραφεί.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΟΥΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥΣ
Διάλεξη 15: O αλγόριθμος SIMPLE
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΟΥΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥΣ
Διάλεξη 6: Εξίσωση διάχυσης (συνέχεια)
Παρουσίαση Αριθμητικών Χαρακτηριστικών 1) Διακριτών
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΣΕΡΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Ανάπτυξη εκπαιδευτικής εφαρμογής.
ΦΑΣΗ φ ΤΗΣ ΑΠΛΗΣ ΑΡΜΟΝΙΚΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ
Μη Γραμμικός Προγραμματισμός
Тригонометриялық функциялардың графиктері.
Μεταγράφημα παρουσίασης:

Μαθηματικοί Υπολογισμοί Χειμερινό Εξάμηνο η Διάλεξη Επίλυση Εξισώσεων Νοέμβρη 2002

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 2 Περιεχόμενα Γιατί Λύνουμε Εξισώσεις; Ελαχιστοποίηση & Μεγιστοποίηση Συμβολική Επίλυση Εξισώσεων Αριθμητική Επίλυση Εξισώσεων Μέθοδοι Αριθμητικής Επίλυσης Εύρεση Ριζών με την Μέθοδο της Διχοτόμου Ο Αλγόριθμος της Διχοτόμου στην Maple Εύρεση Ριζών Μέσω ενός Μοντέλου της Συνάρτησης Μοντέλο 1ου Βαθμού – Επαναλήψεις N-R N-R στην Maple Πότε Συγκλίνει N-R; Η Μέθοδος της Χορδής Η Μέθοδος της Χορδής-Περιορισμού Άλλες Μέθοδοι Τρόποι Επιλογής Μεθόδου Ρυθμός Σύγκλισης της Χορδής Ρυθμός Σύγκλισης και Ακρίβεια Πλεονεκτήματα Υπερ-Γραμμικής Σύγκλισης

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 3 Εισαγωγή Θα εξετάσουμε τρόπους επίλυση εξισώσεων με χρήση υπολογιστή – συμβολικά ή αριθμητικά. Υπάρχουν πολλά είδη εξισώσεων: Εξισώσεις μιας μεταβλητής, με μοναδική ή όχι λύση. Συστήματα εξισώσεων πολλών μεταβλητών. Εξισώσεις με ακέραιες ή μιγαδικές μεταβλητές. Διαφορικές εξισώσεις, εξισώσεις με ολοκληρώματα,... Θα επικεντρωθούμε σε εξισώσεις μια πραγματικής μεταβλητής. Θα γράφουμε τις εξισώσεις μας αυτές στην μορφή f(x)=0, οπότε θα μπορούμε να δούμε το πρόβλημά μας σαν πρόβλημα εύρεσης ριζών.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 4 Γιατί Λύνουμε Εξισώσεις; Η επίλυση εξισώσεων είναι συχνά απαραίτητη τόσο για θεωρητικές όσο και για πρακτικές εφαρμογές. Μερικά παραδείγματα: Θεωρήστε την κίνηση του βραχίονα ενός ρομπότ, με γωνίες άρθρωσης θ και φ τις οποίες μπορούμε να ελέγξουμε. Τα άκρα του βραχίονα είναι στα σημεία x = a cos(θ) + b cos(θ+φ) υ = a sin(θ) + b sin(θ+φ) Για να θέσουμε τον βραχίονα σε κάποια θέση (x,y) πρέπει να λύσουμε τις εξισώσεις αυτές ως προς θ και φ. Έστω ότι έχουμε ένα μοντέλο του πώς θα αλλάξει ο πληθυσμός και η διαθέσιμη τροφή του πλανήτη στο μέλλον. Τότε μπορούμε να καθορίσουμε πότε η παραγωγή τροφής θα υπολείπεται της ζήτησης λύνοντας απλά μια εξίσωση.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 5 Ελαχιστοποίηση & Μεγιστοποίηση Προβλήματα εύρεσης ακρότατων μιας ομαλής συνάρτησης μπορούν να επιλυθούν υπολογίζοντας τις ρίζες της παραγώγου της. Για να βρούμε το x που μεγιστοποιεί την f(x), βρίσκουμε τις λύσεις της f’(x)=0, από τις οποίες επιλέγουμε αυτές που δίνουν f’’(x)<0. Αυτά είναι τα τοπικά μέγιστα. Προβλήματα εύρεσης ακρότατων πηγάζουν από πολλές εφαρμογές: Μια εταιρεία που έχει ένα μοντέλο για τους πελάτες, τους ανταγωνιστές και το κόστος παραγωγής θα μπορούσε να λύσει για την βέλτιστη τιμή (μεγιστοποιεί το κέρδος) του προϊόντος.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 6 Συμβολική Επίλυση Εξισώσεων Μερικές (λίγες) φορές μπορούμε να λύσουμε εξισώσεις συμβολικά με το χέρι, ή με ένα σύστημα σαν την Maple. > solve(x^2+x­1=0,x); 1/2 1/2 ­ 1/2 + 1/2 5, ­ 1/2 ­ 1/2 5 > solve(sin(x+1)=1,x); 1/2 Pi ­ 1 > solve({x+2*y=1,y+1=x^2},{x,y}); {x = 1, y = 0}, {y = 5/4, x = ­3/2} Αλλά αυτό δεν συμβαίνει πάντα > solve(x^3+sin(1+x)=0,x); Η σιωπή της Maple σημαίνει ότι δεν μπόρεσε να βρει λύσει παρόλο που υπάρχει!

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 7 Αριθμητική Επίλυση Εξισώσεων Όταν αποτύχουμε στην συμβολική επίλυση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια μέθοδο που θα μας δώσει μια αριθμητική απάντηση. Η Maple το κάνει αυτό με την fsolve: > fsolve(x^3+sin(1+x)=0,x); ­ Εδώ, η αριθμητική λύση χρησιμοποιείται για την εύρεση του μεγίστου > y:=­x^4+10*x^2+20*x; 4 2 y := ­ x + 10 x + 20 x > fsolve(diff(y,x)=0,x); > subs(x='',diff(y,x$2)); ­ Μια και η δεύτερη παράγωγος είναι αρνητική, το σημείο στο οποίο η πρώτη παράγωγος είναι μηδέν είμαι μέγιστο.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 8 Μέθοδοι Αριθμητικής Επίλυσης Υπάρχουν πολλές αριθμητικές μέθοδοι επίλυσης. Θα εξετάσουμε τις εξής: Μέθοδος Διχοτόμου – Μια απλή και εύρωστη, αλλά απελπιστικά αργή μέθοδος. Επαναλήψεις Newton-Raphson (N-R) – Μια πολύ πιο γρήγορη μέθοδος, όταν δουλεύει. Μέθοδος της Χορδής – Μια πιο εύρωστη, από την N-R, μέθοδος αλλά όχι τόσο γρήγορη. Καμία από τις παραπάνω μεθόδους δεν είναι τέλεια. Γενικά είναι πολύ δύσκολο να εγγυηθούμε ότι κάποια αριθμητική μέθοδος θα μας βρει πάντα όλες τις ρίζες.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 9 Εύρεση Ριζών με την Μέθοδο της Διχοτόμου Υποθέστε ότι η είναι συνεχής και ότι έχουμε βρει τιμές των a και b τέτοιες ώστε f(a) 0. Τότε είμαστε σίγουροι ότι η f έχει μια ρίζα μεταξύ των a και b. Μπορούμε να βρούμε μια τέτοια ρίζα διχοτομώντας το διάστημα [a,b], μέχρι να ικανοποιηθούμε: Είναι μια πολύ εύρωστη μέθοδος – τίποτε δεν την σταματά. Όμως θα μας δώσει μόνον μία ρίζα! Μπορεί να υπάρχουν και άλλες. Επίσης είναι και πολύ αργή

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 10 Ο Αλγόριθμος της Διχοτόμου στην Maple bisection := proc(f,x,rng,tolerance) local lx, hx, mx, lf, hf, mf; lx := evalf(op(1,rng)); hx := evalf(op(2,rng)); lf := evalf(eval(subs(x=lx,f))); hf := evalf(eval(subs(x=hx,f))); if lf=0 then RETURN(lx) fi; if hf=0 then RETURN(hx) fi; do mx := (lx+hx) / 2; if abs(mx­lx)<tolerance or abs(mx­hx)<tolerance then RETURN(mx); fi; mf := evalf(eval(subs(x=mx,f))); if mf=0 then RETURN(mx); fi; if mf>0 and lf>0 or mf<0 and lf<0 then lx := mx; else hx := mx; fi; od; end;

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 11 Εύρεση Ριζών Μέσω ενός Μοντέλου της Συνάρτησης Πώς μπορούμε να βελτιώσουμε την διχοτόμου; Ένας τρόπος: 1. Κατασκεύασε ένα “μοντέλο” της συνάρτησης, με βάση τα σημεία στα οποία ξέρεις την τιμή της. 2. Υπολόγισε την ρίζα της συνάρτησης μοντέλου, και χρησιμοποίησέ την σαν προσέγγιση της ρίζας της αρχικής συνάρτησης. 3. Υπολόγισε την τιμή της αρχικής συνάρτησης στο σημείο αυτό και επέστρεψε στο 1ο βήμα. Η κατασκευή του μοντέλου είναι λίγο πολύ σαν την προσέγγιση της συνάρτησης με πολυώνυμα ή με κάποια άλλη παρεμβάλουσά της.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 12 Μοντέλο 1ου Βαθμού – Επαναλήψεις N-R Μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα μοντέλο 1ου βαθμού μιας συνάρτησης χρησιμοποιώντας την τιμή της και την τιμή της παραγώγου της σε κάποιο σημείο. Επαναλαμβάνοντας την διαδικασία αυτήν, κατασκευάζοντας ένα μοντέλο, βασιζόμενοι στο σημείο (ρίζα) που βρήκαμε προηγουμένως, έχουμε την επαναληπτική μέθοδο N-R. Παίρνουμε την επόμενη προσέγγιση, x i+1, από την προηγούμενη, x i, ως εξής x i+1 = x i - f(x i )/f’(x i )

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 13 N-R στην Maple newton := proc(f,x,start,tolerance,maxi) local df, z, zf, zd, oz, i; if tolerance!=0 then ERROR(`H 4h parametros prepei na einai thetikh`); fi; if not type(maxi,integer) or maxi<=0 then ERROR(`H 5h parametros parista megisto plithos epanalipsevn `); fi; df := diff(f,x); z := evalf(start); for i from 1 to maxi do oz := z; zf := evalf(subs(x=z,f)); zd := evalf(subs(x=z,df)); z := z ­ zf/zd; if abs(z­oz)<tolerance then RETURN(z); fi; od; ERROR(`Den vrethike I riza meta apo oles tis epanalipseis`); end;

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 14 Πότε Συγκλίνει N-R; Οι επαναλήψεις N-R απαιτούν η συνάρτηση να είναι διαφορίσιμη (και να μπορούμε φυσικά να υπολογίσουμε τις παραγώγους της). Δυστυχώς, οι προσεγγίσεις N-R μπορεί να μην συγκλίνουν ακόμα και εάν οι παράγωγοι υπάρχουν. Για παράδειγμα: Εάν όμως ξεκινήσουμε πολύ κοντά στην προς υπολογισμό ρίζα, για το συγκεκριμένο παράδειγμα, έχουμε σύγκλιση! Ενδεχομένως να έχουμε προβλήματα εάν και η παράγωγος είναι μηδέν στην προς υπολογισμό ρίζα.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 15 Η Μέθοδος της Χορδής Τι θα κάνουμε εάν δεν ξέρουμε πώς να υπολογίσουμε τις παραγώγους; Η μέθοδος της χορδής κατασκευάζει ένα μοντέλο 1ου βαθμού της συνάρτησης χρησιμοποιώντας τις δυο τελευταίες τιμές της. Ξεκινώντας από τις τιμές x 0 και x 1, η μέθοδος της χορδής συνεχίζει επαναληπτικά ως εξής: Δεν είναι όσο ταχύς είναι η N-R αλλά πολύ ταχύτερη από την διχοτόμο. Δυστυχώς, μπορεί να αποκλίνει όπως ακριβώς και η N-R.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 16 Η Μέθοδος της Χορδής-Περιορισμού Υποθέστε ότι, όπως και στην μέθοδο της διχοτόμου, έχουμε ένα αρχικό διάστημα στο οποίο υπάρχει μια ρίζα. Πώς μπορούμε να βελτιώσουμε την διχοτόμο και ταυτόχρονα να εγγυηθούμε την σύγκλιση; Η μέθοδος Χορδής-Περιορισμού κατασκευάζει ένα μοντέλο 1ου βαθμού βασιζόμενη στα δύο αρχικά σημεία: Δυστυχώς δεν συγκλίνει τόσο γρήγορα όσο η χορδή.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 17 Άλλες Μέθοδοι Υπάρχει μια μεγάλη γκάμα άλλων μεθόδων, που βασιζόμενες σε διάφορες πληροφορίες, χρησιμοποιούν υψηλού βαθμού μοντέλα της συνάρτησης. Για παράδειγμα: Κατασκευή δευτεροβάθμιου μοντέλου που βασίζετε στις 3 προηγούμενες τιμές της συνάρτησης (μέθοδος του Muller). Κατασκευή δευτεροβάθμιου μοντέλου που βασίζετε στην τιμή της συνάρτησης και των 2 πρώτων παραγώγων της στο προηγούμενο σημείο. Κατασκευή τριτοβάθμιου μοντέλου που βασίζετε στην τιμή της συνάρτησης και της παραγώγου της στα προηγούμενα 3 σημεία.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 18 Τρόποι Επιλογής Μεθόδου Για να επιλέξουμε ποια μέθοδο θα χρησιμοποιήσουμε πρέπει να εξετάσουμε 3 πράγματα: Την πληροφορία που απαιτεί η χρήση της μεθόδου. Μόνον τιμές της συνάρτησης, ή και παραγώγων της; Ένα σημείο εκκίνησης ή δύο (που να περιέχουν ρίζα); Πόσο ρωμαλέα είναι η μέθοδος; Δηλ. Αποτυγχάνει μερικές φορές να βρει ρίζα που υπάρχει; Πόσο γρήγορα βρίσκει την ρίζα; Συνήθως χρησιμοποιούνται υβριδικές μέθοδοι που προσπαθούν να εκμεταλλευτούν τα προσόντα διάφορων μεθόδων ταυτόχρονα.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 19 Ρυθμός Σύγκλισης της Χορδής Πόσο ακριβής είναι το αποτέλεσμα της διχοτόμου μετά από n επαναλήψεις; Έστω ότι ξεκινάμε με ένα διάστημα μήκους I που περιέχει μια ρίζα. Εάν επιλέξουμε σαν προσέγγιση της ρίζας το μέσο του διαστήματος και δεν συνεχίζαμε τις επαναλήψεις τότε το σφάλμα μας θα ήταν μικρότερο του ε 0 = I/2 Κάθε επανάληψη υποδιπλασιάζει το μήκος του διαστήματος, οπότε ε i+1 = ε i /2 Μετά από n επαναλήψεις, το σφάλμα θα είναι μικρότερο από ε n = 2 -n (I /2)

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 20 Ρυθμός Σύγκλισης και Ακρίβεια Ψηφίων Μπορούμε να μεταφράσουμε το σφάλμα μετά από n επαναλήψεις σε πλήθος σωστών ψηφίων μετά από n επαναλήψεις. Απλά παίρνουμε λογάριθμους (βάσης 10). Σφάλμα μικρότερο του ε n σημαίνει ότι το αποτέλεσμα είναι ακριβές σε περίπου –log(ε n ) ψηφία μετά την υποδιαστολή. Πχ: Εάν το σφάλμα είναι μικρότερο απο , το αποτέλεσμα είναι ακριβές σε –log(0.0001)=4 δεκαδικά ψηφία. Για την διχοτόμο: –log(ε n ) = –log(I/2) + n log(2) Το πλήθος των σωστών ψηφίων αυξάνει γραμμικά με το n.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 21 Ρυθμός Σύγκλισης της N-R Έστω ότι μετά από i επαναλήψεις N-R βρήκαμε το σημείο x i, που είναι αρκετά κοντά στην ακριβή λύση x *. Ορίζουμε το σφάλμα ε i =|x i -x * |. Πόσο θα είναι το σφάλμα αυτό εάν εκτελέσουμε μια ακόμα επανάληψη; Χρησιμοποιούμε το θεώρημα του Taylor για κάποιο c μεταξύ x i και x *.Μια και f(x * )=0, έχουμε Το αριστερό μέρος είναι ίσο με x i+1 -x *. Οπότε έχουμε Εάν η f έχει συνεχή 2η παράγωγο, η παραπάνω σταθερά δεν θα μεταβάλλεται πολύ όσο το x i είναι κοντά στο x *. Συνεπώς το σφάλμα ελαττώνεται τετραγωνικά.

Μαθηματικοί Υπολογισμοί 22 Πλεονεκτήματα Υπερ-Γραμμικής Σύγκλισης Για την διχοτόμο: ε i+1 = C ε i Για τις επαναλήψεις: ε i+1 = C ε i 2 Για κάποιες άλλες επαναλήψεις: ε i+1 = C ε i p, p μεταξύ 1 και 2. Πόσα σωστά ψηφία μετά από n επαναλήψεις; Εάν ε i+1 = C ε i p, τότε Το οποίο μπορεί να γραφθεί σαν D i+1 = K + pD i. Για p=1, το πλήθος των σωστών ψηφίων αυξάνει γραμμικά. Για p=2, το πλήθος των σωστών ψηφίων σχεδόν διπλασιάζεται σε κάθε επανάληψη (για μεγάλο i). Για κάθε p>1, το πλήθος των επαναλήψεων για να πάρουμε D σωστά ψηφία είναι ανάλογο του log(D) για αρκετά μεγάλο D.