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Métodos numéricos: Determinación de raíces reales de funciones, Exámenes de Física Matemática

La resolución de dos problemas relacionados con la determinación de raíces reales de funciones mediante diferentes métodos numéricos, como el método de bisección, la falsa posición, la iteración simple de punto fijo, newton-raphson y la secante. Se muestran los cálculos detallados y se analiza la convergencia de cada método.

Tipo: Exámenes

2023/2024

Subido el 12/04/2024

yeison-garcias
yeison-garcias 🇨🇴

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EXEMEN DE METODOS NUMERICOS
Unidad 2
Nombre_______________________________________________ Semestre: ______________
Grupo: ____________________________ Fecha: _____________________________________
1: Determine las raíces reales de f(x) = -25182x 90x2 + 44x3 8x4 + 0.7x5
Gráficamente.
Usando el método de bisección para localizar la raíz más grande con Es = 10%.
Utilice como valores iniciales xi = 0.5 y xs = 1.0.
Realice el mismo calculo en b), pero con el método de la falsa posición y Es = 0.2%.
2: Determine la raíz real más grande de: f(x) = 2x3 11.7x2 + 17.7x 5
En forma grafica.
Con el método de iteración simple de punto fijo (tres iteraciones, x0 = 3). Nota:
Asegúrese de haber desarrollado una solución que converja a la raíz.
Con el método de Newton Raphson (tres iteraciones, x0 = 3, δ = 0.001).
Con el método de la secante (tres iteraciones, x-1 = 3, x0 = 4).
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EXEMEN DE METODOS NUMERICOS

Unidad 2

Nombre_______________________________________________ Semestre: ______________

Grupo: ____________________________ Fecha: _____________________________________

1: Determine las raíces reales de f(x) = -25182x – 90x^2 + 44x^3 – 8x^4 + 0.7x^5

• Gráficamente.

• Usando el método de bisección para localizar la raíz más grande con Es = 10%.

Utilice como valores iniciales xi = 0.5 y xs = 1.0.

• Realice el mismo calculo en b), pero con el método de la falsa posición y Es = 0.2%.

2: Determine la raíz real más grande de: f(x) = 2x^3 – 11.7x^2 + 17.7x – 5

• En forma grafica.

• Con el método de iteración simple de punto fijo (tres iteraciones, x 0 = 3). Nota:

Asegúrese de haber desarrollado una solución que converja a la raíz.

• Con el método de Newton – Raphson (tres iteraciones, x 0 = 3, δ = 0.001).

• Con el método de la secante (tres iteraciones, x-1 = 3, x 0 = 4).

Solución:

1: Determine las raíces reales de f(x) = -25182x – 90x^2 + 44x^3 – 8x^4 + 0.7x^5

• Gráficamente.

• Usando el método de bisección para localizar la raíz más grande con Es = 10%.

Utilice como valores iniciales xi = 0.5 y xs = 1.0.

ITERACCION X 1 X 2 XMEDIO F(X 1 ) F(XMEDIO) F(X) ERROR

Observe que el método no converge y por ende la raíz no es encontrada, debido a que el

intervalo (0.5 , 1 ) no contiene cambio de signo para la función. • Realice el mismo calculo en b), pero con el método de la falsa posición y Es = 0.2%. De nueva cuenta no hay convergencia debido a que f(xo) y f(xs) no se encuentran en

 - 1 0.5 1 0.75 - 12608.4781 - 18920.9276 - 2 0.75 1 0.875 - 18920.9276 - 22078.0101 417736432 14. - 3 0.875 1 0.9375 - 22078.0101 - 23656.6446 522291637 6. - 4 0.9375 1 0.96875 - 23656.6446 - 24445.9715 578309658 3. - 5 0.96875 1 0.984375 - 24445.9715 - 24840.6358 607253474 1. - 6 0.984375 1 0.9921875 - 24840.6358 - 25037.9679 621959041 0. - 7 0.9921875 1 0.99609375 - 25037.9679 - 25136.634 629370235 0. - 8 0.99609375 1 0.99804688 - 25136.634 - 25185.967 633090433 0. - 9 0.99804688 1 0.99902344 - 25185.967 - 25210.6335 634954183 0. 
  • 10 0.99902344 1 0.99951172 - 25210.6335 - 25222 .9667 635886970 0.
  • 11 0.99951172 1 0.99975586 - 25222.9667 - 25229.1334 636353592 0.
  • 12 0.99975586 1 0.99987793 - 25229.1334 - 25232.2167 636586960 0.
  • 13 0.99987793 1 0.99993896 - 25232.2167 - 25233.7583 636703658 0.
  • 14 0.9999 3896 1 0.99996948 - 25233.7583 - 25234.5292 636762011 0.
  • 15 0.99996948 1 0.99998474 - 25234.5292 - 25234.9146 636791188 0.
  • 16 0.99998474 1 0.99999237 - 25234.9146 - 25235.1073 636805777 0.
  • 17 0.99999237 1 0.99999619 - 25235.1073 - 25235.2 036 636813072 0.
  • 18 0.99999619 1 0.99999809 - 25235.2036 - 25235.2518 636816719 0.
  • 19 0.99999809 1 0.99999905 - 25235.2518 - 25235.2759 636818542 9.5368E-
  • 20 0.99999905 1 0.99999952 - 25235.2759 - 25235.288 636819454 4.7684E-
    • 1 0.5 ITER X1 X2 F(X1) F(X2) Xr %ER - 12608.4781 - 25235.3 0. -
    • 2 0.5 0.00072638 1.4 1238.62034 0.50056496 99.
    • 3 0.5 0.50056496 1.4 1.39796843 0.8893283 43.
    • 4 0.5 0.8893283 1.4 0.61199973 1.19169979 25.
    • 5 0.5 1.19169979 1.4 0.35522376 1.4268 7762 16.
    • 6 0.5 1.42687762 1.4 0.23074786 1.6097937 11.
    • 7 0.5 1.6097937 1.4 0.15907785 1.75206177 8.
    • 8 0.5 1.75206177 1.4 0.11368052 1.86271471 5.

La gráfica de estas dos relaciones se muestra a continuación y se asegura la convergencia

a partir de aquí:

En este caso nos damos cuenta que debemos de empezar a iterar a partir de 3.

iteración xi yi e(%) e*(%) 1 3 3.18079096 50. 2 3.333959168 3.442543247 66.70 10. 3 3.506329986 3.538293714 75.32 4. 4 3.552707191 3.55884811 9 77.64 1. 5 3.561396032 3.562441114 78.07 0. 6 3.562867726 3.56304153 78.14 0. 7 3.563112282 3.563141074 78.16 0. 8 3.563152789 3.563157555 78.16 0. 9 3.563159495 3.563160284 78.16 0. 10 3.563160605 3.563160735 78.16 0. 11 3.563160788 3.56316081 78.16 0. 12 3.563160819 3.563160822 78.16 0. 13 3.563160824 3.563160824 78.16 0. 14 3.563160825 3.563160825 78.16 0. 15 3.563160825 3.563160825 78.16 0.

En la tabla adjunta vemos que se encuentra a partir de la iteración 3 , la solución ya que el

error de tipo relativo porcentual (4.92) se hace más y más pequeño , nuestra mejor

aproximación a la raíz real 3.56316082 es 3.538293714 , señalado de amarillo en la tabla

adjunta.

• Con el método de Newton – Raphson (tres iteraciones, x 0 = 3, δ = 0.001).

ITERACION X (FX) F'(X) MENOR A TOL

0 3 - 3.2 1.5 TODAVIA NO

1 5.13333333 48.0900741 55.6866667 TODAVIA NO

2 4.26975006 12.9562436 27.1724419 TODAVIA NO

3 3.79293448 2.94760312 15.263445 TODAVIA NO

4 3.59981929 0.39797274 11.216422 1 TODAVIA NO

5 3.56433803 0.0123726 10.5215237 TODAVIA NO

6 3.5631621 1.3391E- 05 10.4987518 SOLUCION

7 3.56316082 1.576E- 11 10.4987271 SOLUCION

8 3.56316082 - 2.1316E- 14 10.4987271 SOLUCION

9 3.56316082 1.4211E- 14 10.4987271 SOLUCION

10 3.56316082 - 2.1316E- 14 10.4987271 SOLUCION

11 3.56316082 1.4211E- 14 10.4987271 SOLUCION

12 3.56316082 7.1054E- 15 10.4987271 SOLUCION

13 3.56316082 - 2.1316E- 14 10.4987271 SOLUCION

14 3.56316082 1.4211E- 14 10.4987271 SOLUCION

15 3.56316082 7.1054E- 15 10.4987271 SOLUCION

16 3.56316082 - 2.1316E- 14 10.4987271 SOLUCION

17 3.56316082 1.4211E- 14 10.4987271 SOLUCION

18 3.56316082 7.1054E- 15 10.4987271 SOLUCION

19 3.56316082 - 2.1316E- 14 10.4987271 SOLUCION

20 3.56316082 1.4211E- 14 10.4987271 SOLUCION

En la tabla anterior se observa que el método converge en la solución : 3.56316082 y la

solución real es 3.56316082.

• Con el método de la secante (tres iteraciones, x-1 = 3, x 0 = 4).

iteración X 0 X 1 f(X 0 ) f(X 1 ) X 2 f(X 2 ) e(%) e*(%) 1 3 4 - 3.2 6.6 3.32653061 - 1.96885311 16. 2 4 3.32653061 6.6 - 1.96885311 3.48127271 - 0.79591532 4.65 4. 3 3.32653061 3.48127271 - 1.96885311 - 0.79591532 3.58627538 0.24786946 3.02 2.

En las iteraciones observamos que 3.58627538 es la más aproximada a la real 3.56316082.

Lo obtenemos realizando la iteración en celdas: C7-(E7*(B7-C7))/(D7-E7)