Numerikus módszerek 1.

Hasonló dokumentumok
Numerikus módszerek 1.

Rekurzív sorozatok. SZTE Bolyai Intézet nemeth. Rekurzív sorozatok p.1/26

alakú számot normalizált lebegőpontos számnak nevezik, ha ,, és. ( : mantissza, : mantissza hossza, : karakterisztika) Jelölés: Gépi számhalmaz:

Numerikus módszerek 1.

Numerikus módszerek beugró kérdések

A Newton-Raphson iteráció kezdeti értéktől való érzékenysége

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Numerikus matematika

Numerikus módszerek 1.

Numerikus módszerek 1.

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

Numerikus matematika. Irodalom: Stoyan Gisbert, Numerikus matematika mérnököknek és programozóknak, Typotex, Lebegőpontos számok

Numerikus matematika vizsga

Gauss-Seidel iteráció

Függvények vizsgálata

A Matematika I. előadás részletes tematikája

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

Matematika A1a Analízis

Tartalomjegyzék. 1. Előszó 1

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

Táblán. Numerikus módszerek 1. előadás (estis), 2017/2018 ősz. Lócsi Levente. Frissült: december 1.

Kalkulus I. NÉV: Határozzuk meg a következő határértékeket: 8pt

8n 5 n, Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás,

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

Analízis II. Analízis II. Beugrók. Készítette: Szánthó József. kiezafiu kukac gmail.com. 2009/ félév

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Tétel: Ha,, akkor az ábrázolt szám hibája:

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Hatványsorok, Fourier sorok

cos 2 (2x) 1 dx c) sin(2x)dx c) cos(3x)dx π 4 cos(2x) dx c) 5sin 2 (x)cos(x)dx x3 5 x 4 +11dx arctg 11 (2x) 4x 2 +1 π 4

Numerikus módszerek 1.

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

n 2 2n), (ii) lim Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás, (ii) 3 t 2 2t dt,

Analízis. 1. fejezet Normált-, Banach- és Hilbert-terek. 1. Definíció. (K n,, ) vektortér, ha X, Y, Z K n és a, b K esetén

Fraktálok. Hausdorff távolság. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék március 14.

Lineáris algebra numerikus módszerei

Konjugált gradiens módszer

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

egyenletek megoldására

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

Analízis 1. (BSc) vizsgakérdések Programtervez informatikus szak tanév 2. félév

Norma Determináns, inverz Kondíciószám Direkt és inverz hibák Lin. egyenletrendszerek A Gauss-módszer. Lineáris algebra numerikus módszerei

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (L Hospital szabály, Taylor-polinom,

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

A fontosabb definíciók

NUMERIKUS MÓDSZEREK I. BEUGRÓ KÉRDÉSEK

Numerikus módszerek 2.

1. Határozza meg az alábbi határértéket! A válaszát indokolja!

Itô-formula. A sztochasztikus folyamatok egyik legfontosabb formulája. Medvegyev Péter Matematika tanszék

10. Előadás. 1. Feltétel nélküli optimalizálás: Az eljárás alapjai

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Tanmenet a évf. fakultációs csoport MATEMATIKA tantárgyának tanításához

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

Az előadásokon ténylegesen elhangzottak rövid leírása

2010. október 12. Dr. Vincze Szilvia

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

Gyakorlo feladatok a szobeli vizsgahoz

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

A legjobb közeĺıtés itt most azt jelentette, hogy a lineáris

Integr alsz am ıt as. 1. r esz aprilis 12.

Elhangzott tananyag óránkénti bontásban

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

NUMERIKUS MÓDSZEREK FARAGÓ ISTVÁN HORVÁTH RÓBERT. Ismertet Tartalomjegyzék Pályázati támogatás Gondozó

Függvény határérték összefoglalás

Analízis I. beugró vizsgakérdések

1 Lebegőpontos számábrázolás

Bevezetés az algebrába 2

Diszkréten mintavételezett függvények

Programtervező informatikus I. évfolyam Analízis 1

Matematika gyógyszerészhallgatók számára. A kollokvium főtételei tanév

Sorozatok. 5. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Sorozatok p. 1/2

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Elhangzott gyakorlati tananyag óránkénti bontásban. Mindkét csoport. Rövidítve.

4. SOROK. a n. a k (n N) a n = s, azaz. a n := lim

Matematika 8. osztály

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Nemlineáris egyenletrendszerek megoldása április 15.

Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás, x x 2 dx = arctg x + C = arcctgx + C,

Baran Ágnes, Burai Pál, Noszály Csaba. Gyakorlat Differenciálegyenletek numerikus megoldása

I. Fejezetek a klasszikus analízisből 3

Szűcs Renáta. Fixponttételek

Analízis I. Vizsgatételsor

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Newton módszer. az F(x) = 0 egyenlet x* gyökének elég jó közelítése. Húzzuk meg az F(x) függvény (x 0. )) pontbeli érintőjét, és jelölje x 1

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Alapfogalmak, valós számok Sorozatok, határérték Függvények határértéke, folytonosság A differenciálszámítás Függvénydiszkusszió Otthoni munka

Numerikus Analízis. Király Balázs 2014.

Polinomok, Lagrange interpoláció

Átírás:

Numerikus módszerek 1. 11. előadás: A Newton-módszer és társai Lócsi Levente ELTE IK 2013. november 25.

Tartalomjegyzék 1 A Newton-módszer és konvergenciatételei 2 Húrmódszer és szelőmódszer 3 Általánosítás többváltozós esetre

Emlékeztető Feladat Keressük meg egy f : R R nemlineáris függvény gyökét, avagy zérushelyét. (?, 1, több?) f(x ) = 0, x =?

Tartalomjegyzék 1 A Newton-módszer és konvergenciatételei 2 Húrmódszer és szelőmódszer 3 Általánosítás többváltozós esetre

A Newton-módszer levezetése Geometriai megközelítés: f, x k érintő zérushely (y=0) x k+1 y f(x k ) x k+1 x k x Az érintő egyenlete: y f(x k ) = f (x k ) (x x k ) f(x k ) = f (x k ) (x k+1 x k ) f(x k) f (x k ) = x k+1 x k x k+1 = x k f(x k) f (x k )

A Newton-módszer levezetése Analitikus megközelítés: f gyöke x k körüli Taylor-polinomának gyöke 0 = f(x) = f(x k )+f (x k ) (x x k )+... Definíció: Newton-módszer Adott f : R R differenciálható függvény és x 0 R kezdőpont esetén a Newton-módszer alakja: x k+1 = x k f(x k) f (x k ) (k = 0, 1, 2,...).

Newton-módszer Példa Írjuk fel a Newton-módszert a 2 értékének közelítésére, és számoljuk ki a közelítő sorozat első néhány elemét valamely kezdőpontból! Megj.: babiloni módszer ( n számítása). Általában másodrendben konvergens!

Newton-módszer monoton konvergencia Tétel: monoton konvergencia tétele Ha f C 2 [a, b] és 1 x [a, b] : f(x ) = 0, azaz van gyök, 2 f és f állandó előjelű, 3 x 0 [a, b] : f(x 0 ) f (x 0 ) > 0, akkor az x 0 pontból indított Newton-módszer (által adott (x k ) sorozat) monoton konvergál x -hoz. Megjegyzés: 4 eset van:

Newton-módszer monoton konvergencia Biz.: Csak az f > 0, f > 0 esetre, a többi hasonló. f(x 0 ) > 0. 1 Taylor-formula másodfokú maradéktaggal, x k középponttal: ξ k (x, x k ) vagy (x k, x): f(x) = f(x k )+f (x k ) (x x k )+ f (ξ k ) 2 Az x k+1 helyen: ξ k (x k+1, x k ) vagy (x k, x k+1 ) f(x k+1 ) = f(x k )+f (x k ) (x k+1 x k ) }{{} =0 (def. alapján) Tehát f(x k ) > 0 ( k N). + f (ξ k ) 2 }{{} >0 (x x k ) 2. (x k+1 x k ) 2. }{{} >0

Newton-módszer monoton konvergencia 2 Az (x k ) sorozat monoton fogyó, x k+1 = x k f(x k) f < x k ; (x k ) }{{} >0 valamint az (x k ) sorozat alulról korlátos, 0 = f(x ) < f(x k ), f szig. mon. nő = x < x k így az (x k ) sorozat konvergens, ˆx := lim k x k. 3 Kell: ˆx = x. Elég: f(ˆx) = 0. (f C[a, b], f szig. mon.) f(ˆx) = lim f(x k+1) = lim k k f (ξ k ) 2 }{{} korlátos (x k+1 x k ) 2 = 0. }{{} 0 (Cauchy)

Tétel: lokális konvergencia tétele Ha f C 2 [a, b] és Newton-módszer lokális konvergencia 1 x [a, b] : f(x ) = 0, azaz van gyök, 2 f állandó előjelű, 3 x 0 [a, b] : x 0 x < r := min { 1 M, x a, x b akkor az x 0 pontból indított Newton-módszer másodrendben konvergál a gyökhöz, és az hibabecslés érvényes, ahol x k+1 x M x k x 2 }, M = M 2 2 m 1, m 1 = inf f (x), x [a,b] M 2 = sup f (x). x [a,b]

Newton-módszer lokális konvergencia Röviden: Ha elég közelről indulunk, akkor gyorsan odatalálunk. Megj.: A monoton konvergencia feltételeinek esetén is másodrendű lesz a konvergencia, hiszen előbb-utóbb elég közel kerülünk a gyökhöz. { } x 0 x < r := min 1 M, x a, x b, azaz legyünk elég közel, de azért mindenesetre legyünk [a, b]-n belül is. Biz.: Táblán. Meggondoltuk.

Newton-módszer Megjegyzések: Néha a konvergencia csak elsőrendű (vagy instabillá válik). Például ha f (x ) = 0, azaz x többszörös gyök. (Hogyan lehetne orvosolni?) Néha akár harmadrendű is lehet (v.ö. aszimptotikus konvergencia tétel). Ha f (x k ) = 0, akkor x k+1 nincs értelmezve. Hívják Newton Raphson-, ill. Newton Fourier-módszernek is. A módszer nem biztos, hogy konvergál. Ciklusba is kerülhet. A gyökök vonzásterületein kívül kaotikus jelenségek...

Tartalomjegyzék 1 A Newton-módszer és konvergenciatételei 2 Húrmódszer és szelőmódszer 3 Általánosítás többváltozós esetre

Ismétlés Ismétlés: Két adott ponton átmenő egyenes egyenlete. y Az egyenes meredeksége: f(a) f(b). a b (b, f(b)) (a, f(a)) x Az egyenes egyenlete: y f(a) = f(a) f(b) a b Ennek zérushelye (y = 0): x = a f(a) (a b) f(a) f(b). (x a).

Húrmódszer y Definíció: húrmódszer Az f C[a, b] függvény esetén, ha f(a) f(b) < 0, akkor a húrmódszer alakja: x 0 := a, x 1 := b, x s x k+1 x k x x k+1 = x k f(x k) (x k x s ) f(x k ) f(x s ) (k = 0, 1, 2,...), ahol s a legnagyobb olyan index, amelyre f(x k ) f(x s ) < 0.

Húrmódszer Tétel: a húrmódszer konvergenciája Ha f C 2 [a, b] és 1 f(a) f(b) < 0, 2 M (b a) < 1, akkor a húrmódszer elsőrendben konvergál az x gyökhöz és x k x 1 M (M x 0 x ) k teljesül, ahol M = M 2 2 m 1 ugyanúgy, mint korábban. Biz.: nélkül.

Szelőmódszer y x k+1 x k x k 1 x Definíció: szelőmódszer Az f C[a, b] függvény esetén a szelőmódszer alakja: x 0, x 1 : [a, b], x k+1 = x k f(x k) (x k x k 1 ) f(x k ) f(x k 1 ) (k = 0, 1, 2,...).

Szelőmódszer Tétel: a szelőmódszer konvergenciája Ha f C 2 [a, b] és 1 x [a, b] : f(x ) = 0, azaz van gyök, 2 f állandó előjelű, 3 x 0, x 1 [a, b] : x 0 x x 1 x } { } 1 < r := min M, x a, x b, akkor a szelőmódszer p = 1+ 5 2 gyökhöz. (M a szokásos.) rendben konvergál az x Biz.: nélkül.

Tartalomjegyzék 1 A Newton-módszer és konvergenciatételei 2 Húrmódszer és szelőmódszer 3 Általánosítás többváltozós esetre

Többváltozós nemlineáris egyenletrendszerek Feladat F: R n R n, F(x) = 0, x =?, (x R n ) Legtöbb módszerünk általánosítható többváltozós esetre. Egyszerű iteráció F(x) = 0 x = Φ(x) Banach-féle fixponttétel szerint...

Többváltozós Newton-módszer Többváltozós Newton-módszer Közelítsük F-et az elsőfokú Taylor-polinomjával. F(x) F(x (k) )+F (x (k) ) (x x (k) ), ( ) F (k (k) fi (x (k) n ) ) = R n n x j Ezen közelítés zérushelye lesz x (k+1) : i,j=1 1 F (x (k) ) (x (k+1) x (k) ) = F(x (k) ) LER megoldás ( y), }{{} y 2 x (k+1) = x (k) + y.

Többváltozós Newton-módszer Definíció: a többváltozós Newton-módszer képlete ( x (k+1) = x (k) F (x )) (k) 1 F(x (k) ) Megj.: A módszer javítható pl. úgy, hogy ne kelljen minden lépésben invertálni Broyden-módszer.

Példák Matlab-ban 1 A 2 értékének másodrendben konvergens közelítése. 2 Példák a Newton-módszer működésére: konvergencia, divergencia, ciklizálás, fraktálszerű jelenségek.