Erroreak kalkulu numerikoan
Zergatik den soluzio numeriko oro hurbildua, errore-familia biak (biribiltzea eta trunkatzea) eta nola neurtu: errore numerikoa, ehunekokoa eta iteratiboa.
Gai bakoitzak bere gidak, dedukzioak eta ariketak biltzen ditu. Gidek metodo bakoitzaren dedukzio osoa integratzen dute; ariketak amaieraraino ebatzita daude.
Erroreak, zifra esanguratsuak, biribiltzea, mozketa, Taylor eta hurbilketaren ordena.
Newton, diferentzia zatituak, Lagrange, Hermite, splineak eta errore-bornak.
Formula progresiboak, erregresiboak, zentralak, zehaztasun handia eta Richardson.
Erdiko puntua, trapezioa, Simpson, Newton-Cotes, Gauss-Legendre eta integrazio anizkoitza.
Euler, Heun, Runge-Kutta, kontsistentzia, egonkortasuna, konbergentzia eta lehen ordenako sistemak.
Adams-Bashforth, Adams-Moulton, predictor-corrector, metodo inplizituak eta problema zurrunak.
Hondarra, baldintzapena, Jacobi, Gauss-Seidel, erradio espektrala, konbergentzia eta SOR.
Bisekzioa, puntu finkoa, Newton, sekantea, konbergentzia-ordena eta ordena altuko metodoak.
Jacobiarra, Newton sistemetarako, iterazio-kostua eta ordena altuko eskemak.
Zergatik den soluzio numeriko oro hurbildua, errore-familia biak (biribiltzea eta trunkatzea) eta nola neurtu: errore numerikoa, ehunekokoa eta iteratiboa.
Nola zenbatu zifra esanguratsuak 1 baino handiago eta txikiagoko zenbakietarako eta notazio zientifikoan, eta nondik datozen makina baten biribiltze-erroreak.
Taylor-en teorema eta bere hondarra, zergatik den hondarra trunkatze-errorea, eta nola sortzen diren hemendik ikasgai osoak erabiliko dituen diferentzia finituak.
Nola Taylor-en garapen trunkatuak lehen deribatuaren diferentzia finitu progresiboa, erregresiboa eta zentrala ematen dituen.
Errore numerikoaren eta ehunekokoaren kalkulua -z hurbiltzean.
-en hurbilketa bere Taylor-serieaz, terminoak gehituz ehunekoko errore iteratiboa % 0.05 azpitik jaitsi arte.
cos(x)-ren Taylor-serieko garapena zeroaren inguruan, 3. ordenaraino terminoak hartuz.
Zer den interpolatzea, zergatik erabiltzen diren polinomioak, Weierstrass-en teorema, polinomio interpolatzailearen bakartasuna eta Newton, Lagrange eta Hermiterentzat komuna den errore-kota.
Newtonen polinomioa geruzaka eraikia diferentzia zatituekin: forma lineala, koadratikoa eta orokorra, diferentzien taula, errorea eta datu errealekin ebatzitako adibide bat.
Lagrangeren oinarri-funtzioak, definitzen dituen propietate kardinala, polinomioa datuen konbinazio zuzen gisa, haren errorea eta erroldako datuekin ebatzitako adibide bat.
Nodo bakoitzean balioa eta deribatua inposatzen dituen interpolazioa: polinomioa, Lagrangeren oinarrietatik eraikia, errorea, nodo errepikatuen bidezko bide praktikoa eta Bessel funtzioekin adibide bat.
Zatikako interpolazioa tarte bakoitzeko kubiko batekin: jarraitutasun-baldintzak, koefizienteak zehazten dituen sistema tridiagonala, spline naturalak eta haien ebazpena.
Nondik ateratzen diren eta polinomioa puntuetatik pasatzera behartzean, eta nola errekurtsioak ordena altuagoko koefiziente guztiak sortzen dituen.
Nola nodo batean 1 eta gainerakoetan 0 balio izateko eskakizunak funtzioen biderkadura-forma behartzen duen.
5. graduko Hermite polinomioaren eraikuntza osoa hiru nodorekin hurbiltzeko, urratsez urrats.
1971–2011 erroldarako diferentzia zatituen taula osoa eta 2005eko biztanleriaren estimazioa 4. graduko Newton polinomioarekin.
1971–2011 erroldarako Lagrangeren oinarri-funtzioen eraikuntza eta 2005eko biztanleriaren estimazioa, Newtonekin alderatuta.
Lehen deribatuaren formula progresiboa, erregresiboa eta zentrala, hiru eta bost puntuko bertsioak, errorearen ordena eta harritzen duen konparazio numeriko bat.
Bigarren (eta hirugarren) deribatuaren hurbilketak diferentzia finitu progresibo, erregresibo eta zentralen bidez, beren errore-ordenarekin.
Nola konbinatu bi hurbilketa eta pausuekin errore-termino nagusia ezabatzeko eta ordena igotzeko, termino guztietarako eta berretura bikoitietarako formulekin.
Nola konbinatu bi Taylor-garapen bigarren deribatua ezabatzeko eta lehen deribatuaren 2. ordenako diferentzia progresiboa lortzeko.
Errore-formatik estrapolazio-formulara: zergatik eta konbinatzeak terminoa ezabatzen duen.
-en kalkulua -rako sei diferentzia-finitu formulekin eta beren erroreen konparazioa balio zehatzarekin.
-ren hurbilketa -rako diferentzia progresiboekin eta -ra hobetzea Richardson-en estrapolazioaren bidez.
Zenbakizko integrazioaren ideia orokorra: integrala funtzioaren balioen batura haztatu baten bidez hurbiltzea, Lagrangeren polinomioa integratuz lortua.
Muturrak barne hartzen dituzten nodo ekidistanteetarako erregela itxiak: trapezioa, Simpson 1/3, Simpson 3/8, Milne eta haien erroreak.
Tartearen muturrak saihesten dituzten erregela irekiak, erdiko puntu sinpleari eta konposatuari arreta berezia jarrita.
Gaussen koadraturek polinomio ortogonalen bidez nodo eta pisu optimoak nola aukeratzen dituzten: Legendre, Chebyshev, Laguerre eta Hermite.
Nola hedatzen diren trapezioa, Simpson eta Gauss-Legendre integral bikoitzetara produktu-erregelen eta aldaketa aldagaien bidez.
[a,b] tartean Lagrangeren interpolatzaile lineala integratzea, trapezioaren erregela eta interpretazio geometrikoa lortzeko.
n azpitartetan trapezio sinpleak batuz 1,2,...,2,1 pisuetara eta errore globalera iristea.
Funtzioa erdiko altuera batez ordezkatzea eta laukizuzen zentratuaren erregela eta errorea lortzea.
Erdiko puntua n azpitartetara orokortzea, bloke bakoitzaren zentroak erabiliz eta errore lokalak batuz.
Hiru nodo ekidistantetik Simpsonen 1, 4, 1 pisuetara, Lagrangeren bigarren graduko polinomioa integratuz.
Nola ezarri 3. gradurainoko zehaztasuna tartean nodoak eta 1 pisuak lortzeko.
funtzioaren integrala 0 eta artean 4 eta 8 azpitartetan hurbiltzea, erroreak alderatuz.
Trapezio konposatua, erdiko puntu sinplea eta erdiko puntu konposatua alderatzea, errore absolutu eta erlatiboekin.
F(x)cos(alpha(x)) integratuz lana kalkulatzea taula batetik, trapezioa, Simpson eta erdiko puntua erabiliz.
[1,1.5] tartetik [-1,1] tartera aldaketa egin eta Gauss-Legendre n=2 eta n=3-rekin aplikatzea.
Chebyshev-en pisua duen integral batean sei dezimal bermatzeko zenbat nodo behar diren zehaztea.
Laukizuzen bat [-1,1]×[-1,1] eremura eraldatu eta integral bikoitza n=m=3-rekin ebaztea.
Simpson bikoitzaren eta Gauss-Legendreren arteko konparazioa esfera-erdiari lotutako integral batean.
Zer den PVI bat, noiz duen soluzio bakarra (Lipschitz baldintza), nola diskretizatzen den, eta sistemak eta ordena handiagoko ekuazioak nola murrizten diren eskema berera.
Urrats bakarreko metodorik sinpleena: uneko nodoaren maldarekin aurrera egitea. Dedukzio osoa hiru bidetatik (Taylor, zatidura inkrementala eta integrazioa), ordena, eskuzko adibidea eta aldaera inplizitua.
Hasierako malda eta iragarritako malda bat batez bestekotzeak 2. ordenako metodoa ematen du. Dedukzio osoa bigarren ordenako Taylor bidez eta trapezio-erregelaren bidez, Euler-en iragarpenarekin.
Runge-Kutta klasikoak lau malda konbinatzen ditu pauso bakoitzeko, 4. ordena lortzeko. Dedukzio osoa Simpson-en erregelatik abiatuta eta EDO sistemetarako hedapen zuzena.
Trunkamendu-errore lokala eta globala, konbergentziaren eta kontsistentziaren definizioa, urrats bakarreko metodoen ordena teorikoak eta ordena numerikoki nola estimatu, soluzio zehatzarekin edo gabe.
EDO integratzen duten urrats anitzeko metodo esplizituak, f dagoeneko kalkulatutako nodoetako interpolazio-polinomioaz hurbilduz: AB2-ren dedukzio osoa Lagrangerekin, AB3 eta AB4 formulak, beren ordena eta nola abiarazi.
Interpolazioan nodo berria sartzen duten urrats anitzeko metodo inplizituak: AM2-ren dedukzio osoa (trapezio inplizitua), AM4, zergatik eskatzen duten ekuazio ez-lineal bat ebaztea eta zer irabazten duten trukean.
Metodo esplizitu bat (iragarlea) ordena bereko inplizitu batekin (zuzentzailea) konbinatzea, inplizituaren doitasuna eta egonkortasuna izateko ekuaziorik ebatzi gabe: ABM2 eta ABM4.
Zerk egiten duen EDO bat zurrun, zergatik bihurtzen diren ezegonkor metodo esplizituak puntu gutxirekin, eta zergatik hobesten diren metodo inplizituak, ordena baxukoak eta pausu moldakorrekoak.
Hiru bide independentek Euler-en formulara eramaten dute (Taylor, zatidura inkrementala eta integrazioa), eta Taylor-en hondarraren analisiak metodoa 1. ordenakoa dela frogatzen du.
Nodo berriko deribatua atzeranzko diferentzia batez hurbiltzeak Euler-en metodo inplizitua eta pauso bakoitzean ebatzi beharreko ekuazio ez-lineala sortzen ditu.
Heun-en dedukzio osoa: bigarren ordenarainoko Taylor-en garapenaren bidez, f-ren bi aldagaiko Taylor-ekin konbinatuta, eta trapezio-erregelaren bidez Euler-en iragarpenarekin.
Simpson-en erregela PVIaren forma integralari aplikatzeak eta malda ezezagunak kateatutako barne-ebaluazioekin hurbiltzeak RK4 klasikoa sortzen du eta bere 1, 2, 2, 1 pisuak azaltzen ditu.
AB2-ren eraikuntza osoa: PVIaren forma integrala, f-ren Lagrange interpolatzailea aurreko bi nodoetan, aldagai-aldaketa, integralak gaiez gai kalkulatuta, errore lokala eta AB3 eta AB4-rako orokortzea.
AM2-ren eraikuntza osoa: nodo berria barne hartzen duen Lagrange interpolatzailea, aldagai-aldaketa, 1/2-1/2 pisu kalkulatuak, trapezio-erregelarekiko lotura eta errore lokala.
Forma inplizituan emandako EDO batean y'=f(t,y) askatu eta y(3) hurbildu Euler-en bi pausorekin eta RK4-ren pauso batekin, bi emaitzak alderatuz.
y''−sin y=0 lehen ordenako sistema batera murriztu eta y(3) hurbildu Euler-en bi pausorekin eta RK4 bektorialaren pauso batekin.
PVI logistiko beraren gainean Euler-en ordena estimatzen da soluzio zehatzarekin, Heun-ena ondoz ondoko sareak alderatuz soluzio zehatzik gabe, eta RK4-rena, 1, 2 eta 4 ordenak baieztatuz.
-ren analisi osoa: metodo bakoitzaren anplifikazio-faktorea, esplizituaren egonkortasun-baldintza, inplizituaren baldintzarik gabeko egonkortasuna eta balioarekin egiaztapen numerikoa.
SIR sistema epidemikoaren integrazioa urrats bakarreko hiru metodoekin sare beraren gainean, metodoaren ordenak emaitzak nabarmen nola aldatzen dituen alderatuz.
PVI logistiko bat (Verhulst) AB2-rekin ebaztea, Heun-ekin abiarazita, eta ordenaren estimazio numerikoa azpitarte kopurua bikoiztuz.
AB2, AB4 eta ABM2 eta ABM4 iragarle-zuzentzaileen errore maximoaren konparazioa Verhulst PVI beraren gainean.
Metodo zuzenak vs iteratiboak Ax=b-rako, errorearen eta hondarraren arteko aldea, hondarraren araberako gelditze-irizpidea eta zergatik baldintza-zenbakiak erabakitzen duen fidagarria den.
A=L+D+U partizioa, Jacobi definitzen duen M=D aukera, bere osagaien araberako eskema iteratiboa eta ebatzitako adibide bat.
M=D+L aukera, iterazio berean kalkulatu berri den osagai bakoitza berrerabiltzen duena, eta zergatik Jacobi baino azkarrago konbergitu ohi duen.
Konbergentzia erabakitzen duen baldintza, diagonal hertsiki nagusiaren irizpide nahikoa eta abiadura neurtzen duen konbergentzia-erradioa.
Nola ω erlaxazio-parametro batek metodo klasikoak azkartzen dituen: Jacobi erlaxatua (JSOR) eta SOR, Gauss-Seidel orokortzen duena (ω=1).
Ezezagun bakoitza bere ekuaziotik askatzetik x=−D⁻¹(L+U)x+D⁻¹b forma matrizialera.
4×4 sistema bat Jacobi eta Gauss-Seidel-ekin ebaztea x⁰=0-tik, tolerantzia bererako bakoitzak zenbat iterazio behar dituen alderatuz.
Diagonal nagusia ez den matrize bat non Jacobi dibergitzen den baina Gauss-Seidel konbergitzen den, iterazio-matrize bakoitzaren erradio espektrala kalkulatuz erabakia.
ebazteak zer esan nahi duen, zergatik jotzen den metodo iteratiboetara, nola sailkatzen diren (memoria, puntuak, deribatuak) eta zein irizpiderekin gelditzen den iterazioa.
Metodorik sendoena: erroa gordetzen duen tartea bitan zatitu eta zeinua aldatzen den erdiarekin geratu. Errore-kota esplizitua eta konbergentzia bermatua.
berridatzi gisa eta iteratu: noiz konbergitzen duen (), zein abiaduratan, eta metodoaren ordena -ren zein deribatu anulatzen diren soluzioan ematen duen teorema.
Erreferentziazko metodo iteratiboa: f linealizatu uneko iteratuan eta tangentearen errora jauzi egin. Dedukzio osoa hiru bidetatik eta ordena koadratikoaren frogapena bere errore-ekuazioarekin.
eskuragarri ez dagoenean diferentzia zatitu batez ordezkatzen da: aurreko bi iteraturekin (sekantea, ordena ) edo ebaluazio laguntzaile batekin (Steffensen, 2. ordena).
Konbergentzia-ordenaren eta errore-ekuazioaren definizioa, haien COC eta ACOC estimatzaile konputazionalak, eraginkortasun-indizeak eta metodo optimoak definitzen dituen Kung-Traub aierua.
Newton baino metodo iteratibo azkarragoak diseinatzeko hiru teknika: kuadratura-formulak, eskemen konposizioa (deribatu izoztuarekin) eta pisu-funtzioak, Chebyshev-Halley eta King familiekin.
Newton-en formula zuzen ukitzailearen bidez eta Kalkuluaren Oinarrizko Teoremaren bidez, eta Taylor-ekin haren errore-ekuazioa koadratikoa dela erakusten duen frogapen osoa.
Zergatik murrizten den bisekzioaren errorea erdira iterazio bakoitzean, eta nola aurreikusi aldez aurretik tolerantzia jakin batek zenbat iterazio eskatzen dituen.
Taylor bidez puntu finkoaren inguruan garatzeak metodoaren errore-ekuazioa sortzen du eta aldi berean irizpidea eta ordenaren teorema frogatzen ditu.
Bisekzioaren sei iterazio cos²x−x=0 ekuaziorako [0,1] tartean, tarteen katearekin, pauso bakoitzeko errore-kotarekin eta behar den iterazio kopuruaren aurreikuspenarekin.
Newton-en metodoaren aplikazio osoa x=cos²x ekuazioari x0=0.3-tik: iteratuen, hondarren eta inkrementuen taula, eta ACOC 2 ordena teorikorantz.
Sekantearen metodoa cos²x−x=0 ekuazioari aplikatuta x0=0, x1=1-etik: bost iterazio diferentzia zatitu esplizituekin eta konbergentzia superlineala agerian.
Newton, Halley, Ostrowski, Traub, erdiko puntua, Jarratt eta Newton bikoitza proba-funtzioen gainean 10⁻¹⁰⁰ tolerantziarekin: iterazioak, hondarrak eta ACOC ordena teorikoak baieztatuz.
problema aldagai anitzetan: puntu finkoko metodo bektorialak, konbergentzia-ordena normekin, ACOC multidimentsionala eta gelditze-irizpideak.
Newton-en metodoaren bertsio bektoriala: deribatua matrize jacobiarra bihurtzen da, zatidura iterazio bakoitzeko sistema lineal bat bihurtzen da, eta ordena koadratikoa mantentzen da.
Iterazio bakoitzeko kostuaren kontabilitatea sistemetan: ebaluazio bakoitzeko, jacobiar bakoitzeko, sistema linealen kostua, eraginkortasun-indizeak eta optimalitate-aieru multidimentsionala.
Newton-ekin konposatzea eta jacobiar izoztua: nola irabazi ordena bat konposizioz jacobiar berririk ebaluatu gabe, eta Traub, Golden Ratio, NA, Jarratt bektoriala eta RN (5-6 ordena) familiak.
Lehen ordenako Taylor garapen aldagai anitzekoak F linealizatzen du uneko iteratuaren inguruan; linealizazio hori anulatzeak Newton-en pausoa ematen du, jacobiarra deribatuaren paperean dela.
Newton-en bi pauso eskuz , sistemaren gainean: jacobiarraren eraikuntza, pauso bakoitzeko sistema linealaren ebazpena eta konbergentzia koadratiko ikusgarria -rantz.
, sistemaren ebazpen osoa Newton-ekin -etik: iteratuen taula, hondarraren eta inkrementuaren normak, eta ACOC 2an egonkortzen.
Newton, Trapezioak, Golden Ratio, NA, Jarratt eta RN bi proba-sistemaren gainean 10⁻¹² tolerantziarekin: iterazioak, normak eta ACOC, RN (6. ordena) metodo eraginkorrena izanik.