Ako je f neprekinuta funkcija, definirana na intervalu [a,b], tad postoji barem jedna točka ξ [a,b] za koju je

Σχετικά έγγραφα
4 INTEGRALI Neodredeni integral Integriranje supstitucijom Parcijalna integracija Odredeni integral i

2.6 Nepravi integrali

Rijeseni neki zadaci iz poglavlja 4.5

= + injekcija. Rješenje 022 Kažemo da funkcija f ima svojstvo injektivnosti ili da je ona injekcija ako vrijedi

( ) p a. poklopac. Rješenje:

Uvod Newton-Leibnizova formula Glavne metode integriranja. Integrali. Franka Miriam Brückler

Odredjeni integral je granicna vrijednost sume beskonacnog broja clanova a svaki clan tezi k nuli i oznacava se sa : f x dx f x f x f x f x b a f

c = α a + β b, [sustav rješavamo metodom suprotnih koeficijenata]

Mate Vijuga: Rijeseni zadaci iz matematike za srednju skolu 2. ARITMETICKI I GEOMETRIJSKI NIZ, RED, BINOMNI POUCAK. a n ti clan aritmetickog niza

Odred eni integrali. Osnovne osobine odred enog integrala: f(x)dx = 0, f(x)dx = f(x)dx + f(x)dx.

dužina usmjerena (orijentirana) dužina (zna se koja je točka početna, a koja krajnja) vektor

A MATEMATIKA Zadana je z = x 3 y + 1

Formule iz Matematike II. Mandi Orlić Tin Perkov

OSNOVE TRIGONOMETRIJE PRAVOKUTNOG TROKUTA

Općenito, iznos normalne deformacije u smjeru normale n dan je izrazom:

MATEMATIKA 2. seminari. studij: Prehrambena tehnologija i Biotehnologija

3. Rubni problem za obične diferencijalne jednadžbe Egizstencija i jedinstvenost rješenja... 64

GRANIČNE VREDNOSTI FUNKCIJA zadaci II deo

1 Ekstremi funkcija više varijabli

Primjene odreženog integrala

4. Trigonometrija pravokutnog trokuta

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

KUPA I ZARUBLJENA KUPA

1.PRIZMA ( P=2B+M V=BH )

UVOD. Ovi nastavni materijali namijenjeni su studentima

Matematika 2. Boris Širola


Matematika 1. Gregor Dolinar. 2. januar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. Gregor Dolinar Matematika 1

SLIČNOST TROUGLOVA. kažemo da su slične ( sa koeficijentom sličnosti k ) ako postoji transformacija sličnosti koja figuru F prevodi u figuru F

Priprema za ispit - RJEŠENJA

Polinomijalna aproksimacija

7 Algebarske jednadžbe

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

Numerička matematika 11. predavanje

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

γ = 120 a 2, a, a + 2. a + 2

Tomislav Došlić. Numerička matematika. Gradevinski fakultet Sveučilište u Zagrebu

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Elektrostatika. 1. zadatak. Uvodni pojmovi. Rješenje zadatka. Za pločasti kondenzator vrijedi:

7 Odreženi integrali. Neka je funkcija f(x) definisana na intervalu [a, b]. Ako ovaj interval podelimo

VALJAK. Valjak je geometrijsko telo ograničeno sa dva kruga u paralelnim ravnima i delom cilindrične površi čije su

α =. n n n Vježba 001 Koliko stranica ima pravilni mnogokut ako jedan njegov unutarnji kut iznosi 144? Rezultat: n = 10.

R A D N I M A T E R I J A L I

1. NEODREÐENI INTEGRAL

( ) ( )

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

1.4 Tangenta i normala

4. Relacije. Teorijski uvod

ТЕМПЕРАТУРА СВЕЖЕГ БЕТОНА

Neprekinute slu cajne varijable

1.1 Neodre deni integral

FURIJEOVI REDOVI ZADACI ( II

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

18. listopada listopada / 13

Koliko sati toga dana je razina vode bila iznad 30 cm? A) 5 B) 6 C) 7 D) 9 E) 13 Rješenje: E. Rješenje: A A) 1 B) 2 C) 6 4 D) 3 4 E) 2.

Neodreeni integrali. Glava Teorijski uvod

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

x y 2 9. Udaljenost točke na osi y od pravca 4x+3y=12 jednaka je 4. Koja je to točka?

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE OŠTROG UGLA

Analitička geometrija i linearna algebra. Kartezijev trodimenzionalni pravokutni koordinatni sustav čine 3 međusobno okomite osi: Ox os apscisa,

Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

Sortiranje prebrajanjem (Counting sort) i Radix Sort

Metode rješavanja izmjeničnih krugova

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

MEHANIKA FLUIDA. Isticanje kroz velike otvore

ČETVOROUGAO. β 1. β B. Četvorougao je konveksan ako duž koja spaja bilo koje dve tačke unutrašnje oblasti ostaje unutar četvorougla.

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Neka je a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 algebarska jednadžba trećeg stupnja. Rješavanje ove jednadžbe sastoji se od nekoliko koraka.

1 Odredeni integral. Integrabilnost ograničene funkcije

POVRŠINA TANGENCIJALNO-TETIVNOG ČETVEROKUTA

NEKE POVRŠI U. Površi koje se najčešće sreću u zadacima su: 1. Elipsoidi. 2. Hiperboloidi. 3. Paraboloidi. 4. Konusne površi. 5. Cilindrične površi

Istosmjerni krugovi. 1. zadatak. Na trošilu će se trošiti maksimalna snaga u slučaju kada je otpor čitavog trošila jednak unutrašnjem otporu izvora.

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

Zadatak 1

IZVODI ZADACI (I deo)

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

Prostorni spojeni sistemi

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

SINUSNA I KOSINUSNA TEOREMA REŠAVANJE TROUGLA

POTPUNO RIJEŠENIH ZADATAKA PRIRUČNIK ZA SAMOSTALNO UČENJE

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

6 Polinomi Funkcija p : R R zadana formulom

Poučak o kosinusu (kosinusov poučak) U trokutu ABC vrijede ove jednakosti b + c a a + c b a + b c.

Osnove elektrotehnike I parcijalni ispit VARIJANTA A. Profesorov prvi postulat: Što se ne može pročitati, ne može se ni ocijeniti.

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

MATEMATIKA Pokažite da za konjugiranje (a + bi = a bi) vrijedi. a) z=z b) z 1 z 2 = z 1 z 2 c) z 1 ± z 2 = z 1 ± z 2 d) z z= z 2

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

Elementi spektralne teorije matrica

a) Kosi hitac Krivolinijsko gibanje materijalne toke Sastavljeno gibanje Specijalni sluajevi kosog hica: b) Horizontalni hitac c) Vertikalni hitac

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

Transcript:

Jednostvno, ili ne? Trpezn formul Neven Elezović, Zgreb Problem površine Teorem srednje vrijednosti Površin ispod grf pozitivne funkcije f jednk je odredenom - integrlu te funkcije, rčun se obično Newton-Leibnitzovom formulom f (x)dx = F(b) F() Tu je F primitivn funkcij funkcije f Primitivn se funkcij (neodre - deni integrl) ne može uvijek odrediti, ili je pk postupk integrcije složen Stog se u mnogim situcijm neodre - deni integrl rčun numeričkim metodm Svkko je njpozntij formul numeričke integrcijetrpezn formul kod koje se podintegrln funkcij zmjenjuje po dijelovim linernom funkcijom, p tko elementi površineimju oblik trpez Pročelje crkve Svetog Križ u zgrebčkom Sigetu, s nslovniceovogbroj, svkogće mtemtičr socirti uprvo n tu formulu Ako je f neprekinut funkcij, definirn n intervlu,b, td postoji brem jedn točk ξ,b z koju je f (x)dx =(b )f (ξ) Više će nm od formlnog dokz ove tvrdnje pomoći sličic: Površin ispod grf funkcije f jednk je površini prvokutnik kojemu je jedn strnic intervl, b duljin druge jedn-, 000 7

k vrijednosti funkcije f (ξ) unekojtočki ξ tog intervl Kd bismo znli odrediti točku ξ, problem integrcije funkcije f biobivrlojednostvn To, dkko, općenito nije moguće nčiniti Integrlne sume Podijelimo intervl,b n n dijelov, točkm = x 0 < x < < x n = b N svkom od njih odberimo ξ i x i,x i Tko ćemo dobiti približnu formulu z rčunnje integrl: f (x)dx n f (ξ i )(x i x i ) i= Podintervle možemo odbrti tko d imju jednku duljinu Nek je h n =(b )/n i x i x i = h n z svki i Ond dobivmo: f (x)dx h n f (ξ )++ f (ξ n ) Ako je f integrbiln, ond osnovni teorem integrlnog rčun govori d će se smnjivnjem duljine h n sum s desne strne približvti stvrnoj vrijednosti integrl Kd bismo znli dobro odbrti brojeve ξ i (npr one iz teorem srednje vrijednosti z svki od podintervl x i,x i ), td bi sum s desne strne dl točnu vrijednost integrl Nžlost, općenito ne postoji lgoritm z odre - divnje tkvih brojev ξ i (niti g se može pronći) Zto se opredjeljujemo d unprijed odredimo te brojeve, n jedn od sljedećih nčin: Stvimo li ξ i = x i, time birmo lijevi krj intervl idobivmo tzv lijevu sumu koju ćemo oznčiti s L n f (x)dx L n := h n y 0 + + y n Odberemo li ξ i = x i, time birmo desni krj intervl i dobivmo tzv desnu sumu koju ćemo oznčiti s D n f (x)dx D n := h n y + + y n Odberemo li ξ i = x i = (x i + x i ), time birmo polovište intervl i dobivmo tzv srednju sumu koju ćemo oznčiti s P n f (x)dx P n := h n y + + y n Koj je od ovih formul bolj? O tome ne možemo općenito ništ reći Ipk, slike pokzujud će z rstuće funkcije lijev sum predstvljti donju me - du, desn sum gornju me - du z trženi integrl, dok će srednj sum bolje proksimirti integrl Slično će vrijediti i z pdjuću funkciju 8, 000

Primjer Nek nm z primjer posluži funkcij f (x) = x 4 +,promtrnn intervlu 0, Površin ispod grf te funkcije jednk je x 4 dx = 086700 + 0 (sve su znmenke točne) Rčun nije jednostvn Što će dti gore nvedene formule? Rčunt ćemo z n = 5in = 0: x i f (x i ) x i f (x i ) 0 0 099990 0 099840 0 09997 04 097504 05 050807 06 08857 07 0975 08 07094 09 05645 05 Tko dobivmo L 5 = 096, D 5 = 086, P 5 = 086865 Funkcij je pdjuć, p je L 5 gornj, D 5 donj ogrd z integrl Možemo zto pokušti z bolju vrijednost integrl uzeti njihovu ritmetičku sredinu! Stvimo T 5 = L 5 + D 5 = 0866 Općenitoće biti T n = (L n + D n ) = h n (y 0 + + y n )+(y + + y n ) y0 = h n + y + + y n + y n Dobili smo pozntu trpeznu formulu I sljedećsličicpredstvljgrfičkuinterpretciju trpezne formule: Poprvljnje trpezne formule Prilikom primjene trpezne formule njteže je odgovoriti n pitnje: koliko se dobiveni rezultt rzlikuje od točne vrijednosti? Dkko d postoje ocjene z pogrešku integrcije, li one su složenei ne bismo htjeli procjenu rditi n tj nčin U prksi je mnogo korisniji sljedeći postupk: nkon što smo izrčunli trpeznom formulom vrijednostintegrl,povećmobrojtočk iizrčunmo ponovo isti integrl Ako se dobivene vrijednosti ne rzlikuju mnogo, td smo blizu točnog rezultt Imlismislpovećti broj točk s 5 n, recimo, 6? Ne! U tom bismo slučju morli ponovo rčunti vrijednost funkcije u svih 6 točk Umjesto tog, mi ćemo broj točk udvostručiti Tkoće se u novoj podjeli nći isvestretočke! Moći ćemo iskoristiti već prije izrčunte rezultte, novi će rezultt imti većutočnost Povećmoli broj čvorov z dvostruko, vrijedit će formul: T n = T n + P n Tko u gornjem primjeru dobivmo T 0 = T 5 + P 5 = 08664 Pogrešk je mnj od 0%, 000 9

Simpsonov formul Kd rčunmo trpeznom formulom, grffunkcijezmjenjujemoodsječcimprvc Pokušmo li zmijeniti grf funkcije ne dijelovim prvc već prbole, očekujemo d ćemo dobiti precizniju formulu Nek su zdne vrijednosti funkcije y 0, y n krjevim intervl duljine h,tey u sredini tog intervl Kolik je površinispodluk prbole koj prolzi tim točkm? Površin ispod grf ove funkcije je: h ydx= h y 0 + 4y + y h Podijelimo sd intervl, b n n dijelov (n je prn broj) Stvimo h n =(b )/n N svk susjedn dv dijel zmijenimo integrl ovom formulom Dobit ćemo Simpsonovu formulu S n = h n y 0 + 4(y + + y n ) + (y + + y n )+y n Još komplicirnije formule Možemo pretpostviti d se rdi o intervlu h, h, jer izbor intervl ne mijenj iznos površine Polinom drugog stupnj f (x) =x + bx + c čiji grf prolzi točkm ( h,y 0 ), (0,y ), (h,y ) nziv se interpolcijski polinom Njegovu jedndžbu možemo odrediti i elementrnim rčunom: Odvde slijedi h bh + c = y 0, c = y, h + bh + c = y = h (y 0 y + y ), b = h (y y 0 ), c = y p je tržen jedndžb y = h (y 0 y +y )x + h (y y 0 )x+y Ako umjesto prbole koristimo polinome višeg stupnj, dobit ćemo još točnije i, dkko, još komplicirnije formule Tko n primjer, podijelimo li intervl n tri dijel, ond se kroz četiri točke može provući točno jedn polinom trećeg stupnj Njegovu jedndžbunećemo odredivti, - niti integrirti Zvršn formul glsi: I = h y 0 + y + y + y Z ns će interesntn slučj biti uzmemo li polinom četvrtog stupnj! Intervl je potrebno podijeliti n četiri jednk dijel Nek je h 4 =(b )/4, y 0,,y 4 vrijednosti funkcije u djelišnim točkm Td dobivmo sljedeću Newtonovu formulu: 7y 0 + y + y + y + 7y 4 I = h 4 45 On će svkko dti bolje rezultte Ali, im li smisl pmtiti formule s tko groznim koeficijentim? Nem! Pokzt ćemo d je dovoljno poznvti smo trpeznu formulu, jer se ove složenije formule mogu dobiti iz nje jednostvnim postupkom! 0, 000

Od trpezne formule prem složenijim Kko rčunti? Podijelimo intervl, b n četiri dijel, stvimo h = h 4 =(b )/4 Prve dvije formule z dv i četiri čvor glse ovko: T = h y 0 + y + y 4 = hy 0 + y + y 4, T 4 = h y 0 + y + y + y + y 4 Izrčunjmo sd izrz: 4T 4 T = h y 0 + y + y + y + y 4 h y 0 + y + y 4 = h y 0 + 4y + y + 4y + y 4 Dobili smo Simpsonovu formulu! Iz trpezne formule, uvijek možemoizvesti Sipmsonovu, prem općenitoj formuli: S n = 4 T n T n ipremjošsloženijim Izrčunjmo sd 6S 4 S = 6h y 0 + 4y + y + 4y + y 4 5 45 h y 0 + 4y + y 4 45 = h 7y 0 + y + y + y + 7y 4 45 Dobili smo Newtonovu formulu! Općenitoće biti N n = 6 S n S n 5 Sljedeći je postupk vrlo prktičn: Podijelimo intervl n 8 dijelov Ztim rčunmo redom (i zpisujemo rezultte) T = b T 4 = T + P = T + b 4 T 8 = T 4 + P 4 = T 4 + b 8 y 0 + y 4 + y 8 y + y 6 y + y + y 5 + y 7 S 4 = 4T 4 T, S 8 = 4T 8 T 4 N 8 = 5 6S 8 S 4 Rezultte zpisujemo u obliku tblice: T T 4 T 8 S 4 S 8 N 8 Z približnu vrijednost integrl uzim se broj N 8 Ovj se nčin rčunnj nziv Rombergov lgoritm On dje njbolji nčin z numeričko integrirnje funkcije Gornj se tblic može i poopćiti Možemo krenuti od nekog drugog broj n većeg od : T n T n T 4n S n S 4n N 4n Pri ručnom rčunu posebno je pogodno uzeti n = 5 Korisno je u rčunnju koristiti džepnorčunlo koje može pmtiti oblik funkcije, tko d se njezin vrijednost može dobiti pritiskom n jednu tipku Dkko d svi ovi lgoritmi postju neusporedivo efiksniji ko se rbi rčunlo Formule su vrlo jednostvne nrvi i lko je npisti progrm z njihovo korištenje, 000

Primjer Izrčunjmo površinu koju od hiperbole x y = odsijec okomit tetiv koj prolzi njezinim žrištem ćemo prbolu dobiti i zrcljenjem oko prvc y = x Zto se njezin jedndžb dobiv tko d se zmijene imen vrijblm: y x = = y = x + je Os pscis prepolvlj tu površinu Zto P = (x ) dx Točnvrijednostovogintegrl dde se odrediti, li metode integrirnj izlze izvn okvir koji se uči u srednjoj školi: I = (x ) dx = r c h x = chu dx = sh udu = sh udu 0 r c h = sht t 0 = rch = 85948 (neki korci u rčunu su preskočeni) Pokušjmo rčunti prem gornjem lgoritmu, z n =, 4, 8 Zpist ćemo smo brojeve u zvršnoj tblici: 785 80575 8949 849 85074 8579 Pogrešk u rčunu je smo 04% Trpeznformul možeučiniti i bolje! Zmislimo istu hiperbolu zrotirnu z 90 Ond su joj žrišt n y-osi Zprvo, tu Izrčunjmo površinu ispod grf ove funkcije, nd intervlom 0, Dobivenibroj mormo oduzetiod 6,d dobijemo vrijednost koju smo rčunli u gornjem primjeru: 44 4697 4468 4405 4405 4405 Dobivmo: 6 4405 = 85948, rezultt čij je svk znmenk točn! Integrirnje bez integrirnj Simpsonov formul dje točne rezultte ko je podintegrln funkcij polinom stupnj! Newtonov je točn z polinome stupnj 5 To možemo iskoristiti z rčunnje nekih površin elementrnim metodm Primjer Kolik je površin koju od prbole y = x x + odsijec prvc y = x? Prbol i prvc se sijeku u točkm (, ) i (,) Trebmo izrčunti površinu ispod funkcije f (x)=(x ) (x x + ) = x + 4x, 000

nd intervlom, Tujey 0 = f ()=0, y = f ()=, y = f ()=0pjepovršin jednk P = h y 0 + 4y + y = 4 Primjer 4 Koliku površinuztvr grf funkcije y = x(x ) s osi pscis, izme - du njegovih dviju nultočk? Nultočke su 0 i, vrijednosti funkcije y 0 = f (0) =0, y = f () =, y = f ()=0 Ponovo dobivmo P = h y 0 + 4y + y = 4 Primjer 5 Volumen bčve Bčv je rotcijsko tijelo čiji se volumen dobiv formulom h V = π y (x)dx h Ovdje je y(x) nepoznt funkcij koj opisuje oblik dužice bčve Z tu funkciju znmo smo vrijednosti: y 0 = y( h) =m, y = y(0)=m, y 4 = y(h)=m Pretpostvimo d dužic im oblik kružnog luk! Td je y (x) polinom drugog stupnj Sjetite se jedndžbe krug koji prolzi kroz tri zdne točke Tu jedndžbu nećemo trebti izvoditi! Simpsonov formul dt će točnu vrijednost integrl i bez odredivnj - točnog izrz z funkciju y (x): V = π h m + 4M + m = hπ M + m Pretpostvimo sd d dužic im oblik luk prbole Jedndžb tog luk je y(x)=m M m h x Td je y polinom četvrtog stupnj i Newtonovformuldtćetočnrezulttintegrcije Trebmo izrčunti smo y = y = y( h )= 4 M + 4 m Prem Newtonovoj formuli je (uvžvjući y 0 = y 4 i y = y ): V = hπ 4y 0 90 + 64y + y = hπ 8M + 4Mm+ m 5 Ukojubčvustneviše? Lkose dobiv V V = 4πh 5 (M m) Dkle, u kružnu bčvu uvijek stne više vin Z odredivnje - kvlitete smog vin niti trpezn formul neće pomoći, tu treb ipk koristiti trdicionlne metode, 000