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Método Gráfico: Solução da Equação |x| - cos(x) = 0, Exercícios de Engenharia Mecânica

A resolução gráfica e analítica da equação |x| - cos(x) = 0, incluindo a determinação de suas duas soluções e a aplicação do método da bissecção para aproximá-las. A equação é estudada no intervalo [−π, π], e a existência e unicidade de suas raízes são comprovadas.

Tipologia: Exercícios

2015

Compartilhado em 29/01/2015

joao-sobral-7
joao-sobral-7 🇵🇹

4.3

(10)

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bg1
a) Método gráfico: A equação |x|-cos(x) = 0 é equivalente a |x| = cos(x).
plot(abs(x),cos(x),ViewingBox=[-PI..PI,-3..3])
-3 -2 -1 1 2 3
-3
-2
-1
1
2
3
x
y
A equação tem duas soluções, uma no intervalo [-1,0] e outra em [0,1].
b) Considere a função f(x) = x - cos(x) no intervalo [0,pi/2].
f:=x->x-cos(x)
xxcos(x)
Existência:
A função f é contínua no intervalo [0,pi/2 ]. Além disso,
f(0)*f(PI/2)
π
2
ou seja, f(0) * f(pi/2) < 0, então pelo Corolário do Teor. de Bolzano a função tem pelo menos um zero no
intervalo.
Unicidade:
f'
xsin(x)+1
a derivada de f é positiva no intervalo [1,2], de modo que a função é monótona crescente no intervalo, logo
tem um único zero em [1,2].
Portanto, a equação tem uma única solução no intervalo [1,2].
c) i. Método da bissecção no intervalo [0,1]:
f(0);
f(1.0)
1
0.4596976941
1ª iteração:
c1:=(0+1.0)/2
0.5
f(c1)
0.3775825619
pf2

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a) Método gráfico: A equação |x|-cos(x) = 0 é equivalente a |x| = cos(x).

plot(abs(x),cos(x),ViewingBox=[-PI..PI,-3..3])

-3 -2 -1 1 2 3

1

2

3

x

y

A equação tem duas soluções, uma no intervalo [-1,0] e outra em [0,1]. b) Considere a função f(x) = x - cos(x) no intervalo [0,pi/2]. f:=x->x-cos(x) x → x − cos(x) Existência: A função f é contínua no intervalo [0,pi/2 ]. Além disso, f(0)*f(PI/2) −^ π 2  ou seja, f(0) * f(pi/2) < 0, então pelo Corolário do Teor. de Bolzano a função tem pelo menos um zero no intervalo. Unicidade: f' x → sin(x) + 1 a derivada de f é positiva no intervalo [1,2], de modo que a função é monótona crescente no intervalo, logo tem um único zero em [1,2]. Portanto, a equação tem uma única solução no intervalo [1,2]. c) i. Método da bissecção no intervalo [0,1]: f(0);f(1.0) − 1

1ª iteração: c1:=(0+1.0)/

f(c1) − 0.

A solução pertence ao intervalo [c1, b] = [0.5,1.0]. 2ª iteração: c2:=(0.5+1.0)/

f(c2)

A solução pertence ao intervalo [c1,c2] = [0.5,0.75]. 3ª iteração: c3:=(c1+c2)/

A solução é aproximadamente 0.675, efetuando 3 iterações do método da bissecção no intervalo [0,1]. c) Temos de determinar o primeiro número natural n tal que (b-a)/2^n <= 0.1. solve(1/2^n<=0.1,n,Real) [3.321928095, ∞) É necessário efetuar no mínimo 4 iterações.