Este documento presenta información sobre varios temas relacionados con métodos numéricos en la unidad 5 y 6 de una clase de ingeniería mecánica. Explica conceptos como derivación numérica, integración numérica, errores numéricos, ecuaciones diferenciales ordinarias y aplicaciones de métodos numéricos. Además, describe brevemente algunos métodos específicos como el método del trapecio, métodos de Simpson y métodos para resolver ecuaciones diferenciales.
Estadística Anual y Multianual del Sector Eléctrico Ecuatoriano
Unidad 5 y 6 itpn blog
1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE PIEDRAS NEGRAS
INGENIERIA MECATRONICA
MATERIA:
METODOS NUMERICOS
UNIDAD 5 Y 6
MARTIN VILLANUEVA GUEL
STEVE ALBERTO SOLIS
GERARDO GARCIA
RODOLFO III RIOJAS ZUÑIGA
YHALOI ALEXIS ROMERO HERNANDEZ
MAESTRA:
BETTINA GARZA LOPEZ
30 – 11 – 2015.
2. UNIDAD 5
Derivación E Integración Numérica
Métodos numéricos: ofreciendo una manera profunda a los datos de registro!
Para obtener una mejor comprensión acerca de por qué se utilizan los métodos numéricos, el
internet le puede ayudar mucho.
Hay muchas cosas que usted debe saber antes de que se te ocurra implementar los métodos
numéricos.
Estos se utilizan sobre todo para las operaciones de la computadora y a mantener el registro.
También hay algunas otras plataformas como los motores de búsqueda principales que tienen
ayuda de métodos numéricos para realizar al mismo tipo de actividades.
Estas plataformas online utilizan métodos numéricos para mantener sus registros y datos en la
más segura y menos de manera hassling.
Fuentes de Error.
En el cálculo numérico, el error puede venir por las siguientes razones: • error de redondeo.
• Error de truncamiento.
Error de truncamiento.
El error de truncamiento generalmente se refiere a error en el método que ocurre porque ciertas
series (infinita y finita) se truncó a menor número de términos.
3. Estos errores son errores algorítmicas así como podemos predecir el grado de error que puede
ocurrir en el método.
Redondear el Error.
La ronda de error ocurre debido a la incapacidad del dispositivo de tratar con los números
inexactos de computación.
Estos números tienen que conseguir redondeado a aproximación que depende totalmente del
tamaño de la palabra que se utiliza para representar números de dispositivo.
Esto se refiere probablemente generalmente para el estudio de los métodos para resolver
problemas de matemáticas (say “probablemente” como a veces varias universidades destacar
varios aspectos del curso y como no parecía muy difícil para la definición de “estándar”).
Tipo de las cosas que pueden cubrir: los métodos para encontrar soluciones a las ecuaciones
simultáneas, las raíces de funciones, solución numérica de las ecuaciones en derivadas parciales,
herramientas de maximización, métodos de Monte Carlo, integración numérica y muestreo.
A veces se llaman este “métodos numéricos” así como el nombre de la reserva de “análisis
numérico” para el curso que se centró en la convergencia, la complejidad y la precisión de
algoritmos involucrados.
El método de la referencia cruzada vinculado mecánicamente contactos, juntos, que sin embargo
funciona en varias líneas del diagrama.
Referencia numérica técnica se ha utilizado en los esquemas complejos cuando contactos
conectados son muchas líneas de separación.
La rama de la matemática aplicada, que estudia los métodos para resolver ecuaciones complicadas
utilizando las operaciones aritméticas, tan complejas que necesitan equipo, aproximar procesos
del análisis.
4. 5.1 Derivación numérica
Métodos numéricos – considerados como análisis numérico!
Métodos numéricos son ese tipo de proceso, que se puede aplicar en el campo de ingeniería y
matemática para obtener las raíces de cualquier problema a solucionar adecuadamente mediante
las medidas adecuadas y el proceso.
Este método es una parte de las ecuaciones diferenciales tales como:
Métodos de elemento de límite, métodos de elemento finito y métodos de diferencia finita, así.
La forma de estudio de los diferentes comportamientos de los métodos numéricos son
considerados como el análisis numérico, que es tema matemática a considerar sobre el modelado
de la utilización del problema en el manejo de los métodos numéricos de manera más suave y
exitosa para encontrar el mejor resultado posible.
Un conjunto de más de las preguntas se refiere realmente a la pluralidad de los métodos
numéricos, generalmente subestimado por los filósofos.
Ahora, realmente Citemos algunos: métodos para resolver ecuaciones diferenciales de primer
orden y segundo orden, como Runge-Kutta, Euler, de Numerov y Adams-Moulton; técnica de
diferencias finitas; método de elementos finitos; Método de Monte Carlo; Algoritmo Metropolis;
métodos de partículas; y muchos más.
Mientras utiliza los algoritmos y métodos numéricos o informática con la precisión finita, se han
introducido los errores de aproximación y redondeo y truncamiento.
Esto es muy importante tener la noción de orden y naturaleza.
La técnica desarrollada recientemente es totalmente inútil sin el análisis de error.
5. Ni tiene ningún sentido hacer uso de métodos que introducen los errores con las magnitudes
mayores efectos medidos y simulados.
Utilizando el método con alta exactitud puede ser costosa computacionalmente así para justificar
el aumento en la precisión.
Exactitud y precisión
Las mediciones y cálculos se caracterizan a la exactitud y precisión.
La precisión refiere generalmente como estrechamente el valor está de acuerdo con el valor
verdadero.
La precisión refiere generalmente como estrechamente los valores de acuerdo con uno de otro.
Las figuras siguientes ilustran la diferencia entre la exactitud y precisión.
En la primera figura, dado los valores (los puntos negros) son exactos; mientras que en la segunda
figura, valores dados son precisos.
Error de término representa imprecisión así como la inexactitud de la computación numérica.
Error relativo Error relativo de tilde es un error absoluto y relativo en el valor exacto.
Se puede buscar de esta manera: en el caso, la medida tiene el error de ± 1 pulgada, parece ser el
gran error y tratar de medir algo que es de 3 pulgadas de largo.
Pero, al medir distancias por el orden de las millas, el error es despreciable.
6. 5.2 Integración numérica Método del trapecio
Métodos de Simpson 1 3 y 3 8
Métodos numéricos: Muestran la raíz real de cualquier problema matemático complicado!
Examinar el comportamiento de métodos numéricos es considerado como el proceso de
análisis numérico tema relacionado con el uso de matemáticas para cambiar el error de
maneras siguiendo el rediseño de los métodos, así como los métodos numéricos de
manera sencilla para obtener la solución correcta o resultado. Métodos numéricos son
también parte esencial de la ingeniería y matemáticas relacionadas con problemas para
buscar la raíz de cualquier problema a través del cual los usuarios pueden resolver
cualquier tipo de problema crítico de manera sencilla. Este método es una combinación de
varios procesos y métodos, que se utiliza para resolver a cualquier tipo de problemas
relacionados con la ingeniería y matemáticas. Muchos sistemas de álgebra computacional
como el Mathematica así beneficiarán de la disponibilidad de la aritmética de precisión
arbitraria que dará resultados precisos. El software de hoja de cálculo se utiliza para
resolver los problemas sencillos asociar al análisis numérico. Los métodos numéricos son
las condiciones previas de las simulaciones de computadora: este último será totalmente
imposible sin ex. Se están utilizando los métodos numéricos para resolver las ecuaciones
matemáticas en las simulaciones de computadora, particularmente cuando las ecuaciones
no son analíticamente manejables y muy largo para conseguir resolver por otros medios.
En algunas palabras, los métodos numéricos son el medio necesario en simulación y
modelo teórico. ¿Es el medio transparente y agrega capa de representación, que será
diferente del modelo teórico? ¿En el caso, los métodos numéricos no son transparentes,
pluralidad de doe de los métodos significa que cada uno de ellos debe obtener vinculado
con la definición específica de las simulaciones de computadora? ¿Es probable que este
dar la definición única de la simulación por ordenador? En además a los métodos
numéricos deben satisfacer las restricciones, que son muy específicas a la arquitectura
computacional (secuencial, paralelo, digital y analógico) así como en cuanto a las
características peculiares de la máquina (en términos de poder computacional, recursos
del sistema y almacenamiento). ¿En qué medida las restricciones amenazan la exactitud
de la representación del sistema en estudio que dan los modelos de simulación? Para el
problema dado, ¿qué terreno selecciona un tal método numérico? ¿Elección
generalmente dependen de la naturaleza del problema? En algunas disciplinas científicas,
técnica de Monte Carlo se utiliza preferentemente para dar los resultados de la referencia
y permitiendo la validación de las simulaciones de la ecuación diferencial.
7. 5.3 Integracion con intervalos desiguales
Métodos numéricos: utilizados por los economistas masivamente!
Economía es considerado como el más cuantitativos de la ciencia social que significa una
puesta a tierra firme en las estadísticas y matemáticas es esencial.
Para su conocimiento económico utiliza una amplia gama de métodos numéricos para
ilustrar, explicando así como analizar los fenómenos económicos.
Sin embargo, la aplicación de métodos numéricos en económica es necesaria entender las
muestras difíciles que utilizan los economistas en su investigación, así como análisis.
Los economistas utilizan métodos numéricos 1 al transmitir un tema económico.
Un ejemplo simple es la apariencia del producto doméstico bruto como la cantidad de
consumo, comercio, inversión, así como el gasto del Gobierno.
Hay también otros campos relacionados con ella.
Generalmente, los métodos se basan en la estrategia de “dividir y conquistar” y por el cual
la integral en el conjunto relativamente grande puede dividirse en integrales de los
conjuntos más pequeños.
En las dimensiones superiores y donde los métodos et prohibitivamente costosa en
términos del esfuerzo computacional, uno puede utilizar Monte Carlo y quasi-Monte
técnicas de Carlo (integración de Monte Carlo) y, en las modestia de grandes dimensiones,
método de las cuadrículas escasas.
Varias ecuaciones Artículos principales: el ordinario numérico diferentes ecuaciones y
ecuaciones numéricas diferenciales
El análisis numérico también se ocupa de la computación (en forma aproximada) solución
de las ecuaciones diferenciales, ecuaciones diferenciales ordinarias y ecuaciones
diferenciales parciales.
Las ecuaciones en derivadas parciales puede resolverse discretizando la ecuación en primer
lugar, que esta en el finito dimensional subespacio.
Se realiza mediante la técnica de elementos finitos, la diferencia finita, o (principalmente
en la ingeniería) método de volumen finito.
La justificación teórica de los métodos consiste en los teoremas del análisis funcional.
Reduce el problema de a la solución de la ecuación algebraica.
8. Software Artículo principal: listado del programa de análisis numérico y la comparación del
análisis numérico como finales del siglo XX, muchos algoritmos se ha implementado en
diversos lenguajes de programación.
Netlib repositorio tiene diferentes colecciones de las rutinas de software para los
problemas numéricos, en Fortran y C.
Los productos comerciales también aplicar un lote de diferentes algoritmos forman parte
de las bibliotecas IMSL y NAG; libre elección es GNU Scientific Library.
También, hay muchas aplicaciones de computación numéricas famosos como S-PLUS,
MATLAB, IDL y Lab VIEW?, y alternativas de código abierto y libre como Scilab, Free Mat?,
GNU Octave (en Matlab), TI ++ (biblioteca de C++), R (S-PLUS) y algunas variantes de
Python.
5.4 Aplicaciones Intefracion
Métodos numéricos - proceso viable y eficiente!
Básicamente, métodos numéricos es el proceso más eficiente y viable, que se utiliza para
resolver diferentes tipos de ecuación disponible en campo específico o requisitos.
No es un proceso de solución directa de las ecuaciones y error porque su mostrar el
proceso y el derecho raíz mediante otro proceso para elegir cualquier respuesta de la
mejor manera posible.
Altamente pueden utilizar métodos numéricos en el complicado campo de matemático así
como en ingeniería, donde cada proyecto se basa en la ecuación específica.
Es un popular más errores relacionados con métodos va alta demanda hoy para administrar
cualquier tipo de equipo de manera más suave.
Siguientes criterios son importantes para el rendimiento del algoritmo numérico:
Consistencia: Discretización de la PDE debe ser exacta como malla generalmente tiende a
cero (totalmente debe desaparecer el error de truncamiento)
Errores numéricos de estabilidad que realmente se generan durante la solución de las
ecuaciones discretizadas no deben obtener magnificados.
9. Convergencia: Solución numérica debe abordar una solución exacta de PDE como
convergen a este como malla generalmente tiende a ser cero.
Conservación: Subyacente a las leyes de conservación debe obtener respetado a nivel
discreto (se evitan las fuentes artificiales o fregaderos)
Fronteridad: Las cantidades como densidades, concentraciones, temperaturas, etc. deben
comenzar no negativo y libre de the wiggles espurias
Las propiedades deben obtener verificación para cada modelo de aritmética (componente
de) esquema numérico para esta aproximación es nombrada como el algoritmo, conjunto
de los procedimientos de computadora ejecuta es nombrado como programa, como
comandos, que realizan procedimientos son nombrados como código.
El ejemplo es el algoritmo para derivar π calculando el perímetro de un polígono regular ya
que el número de las partes obtiene grande.
De lo contrario el proceso computacional satisfactorio también puede dejar inútil, debido a
la amplificación de los errores de redondeo.
Se llama al procedimiento computacional como estable a medida que los resultados no son
mimados por los errores de redondeo.
Extendido con miles de millones de los aritméticos pasos posibles en los equipos también
han hecho la estabilidad del proceso computacional la consideración primordial de los
cálculos.
Obviamente, en primer lugar, sólo algunos términos en la secuencia de x 0, x 1 x 2 se
calculará, y uno debe considerar cuando usted puede romper ese proceso de solución, así
como puede manómetro para medir la precisión de la aproximación actual.
10. Unidad 6 Ecuaciones diferenciales ordinarias
Métodos numéricos: acercarse hacia la solución! Métodos numéricos no funcionan como
las soluciones directas de problemas porque ayuda a los usuarios para avanzar hacia la
solución de problemas. Es sólo mostrar la raíz o acercarse hacia el resultado a través del
cual los usuarios pueden alcanzar fácilmente a parte del error real en cualquier equitación.
También se utiliza como el lenguaje de programación en el equipo, para que los usuarios
pueden fácilmente llegar a la parte del área de complicación de ecuaciones y administrarla
tan pronto como sea posible. Debido a estas razones, métodos numéricos pueden
considerar también como la tendencia de cualquier matemáticas así como en Ingeniería
ecuaciones relacionadas a resolver. Pero, muchos sistemas que involucra a las ecuaciones
diferenciales son muy complejas y que describen los sistemas son muy grandes y el análisis
puramente matemático no es realmente posible. Esto es en los sistemas complejos donde
las simulaciones por ordenador así como aproximaciones numéricas son muy útiles. Se han
desarrollado técnicas para resolver ecuaciones diferenciales que se basan en las
aproximaciones numéricas mucho antes de que los equipos programables realmente
existieron. Esto era muy común ver las ecuaciones que se resuelven en las habitaciones de
las personas que están trabajando en las calculadoras mecánicas. Como los equipos
también han aumentado la velocidad y disminución en el costo, sistemas complejos de las
ecuaciones diferenciales se resuelven en el equipo común. EN la actualidad, el portátil
puede calcular trayectorias de largo plazo de más de 1 millón de moléculas interactúan con
la facilidad, el problema era inaccesible para los años de superordenadores cinco y diez
más rápidos antes. Porque el algoritmo es visto como la mejora del método de Euler, esto
se refiere a veces como el mejor algoritmo de Euler. Es el ejemplo del algoritmo corrector
predictor. En el subcampo matemático del análisis numérico, la estabilidad numérica es la
propiedad deseable de los algoritmos numéricos. Definición precisa de la estabilidad
depende generalmente de contexto, sin embargo se deriva de la precisión del algoritmo. El
fenómeno opuesto es la inestabilidad. Generalmente, los algoritmos abordarán la solución
correcta en el límite, en el caso, no hubo ninguna vuelta apagado o bien errores de
truncamiento, sin embargo, dependiendo del método de cálculo específico, los errores se
magnifican, en lugar de amortiguado, causando error crecer de forma exponencial. A veces
que el cálculo solo se consigue en muchos sentidos, todos son equivalentes en los términos
de la real ideal y números complejos, sin embargo en la práctica, mientras que en los
equipos digitales resultados diferente
11. 6.1 Fundamentos de ecuaciones diferenciales
Métodos numéricos: utilizados para la estabilidad del algoritmo! Métodos numéricos se
utilizan para la cuenta del error algoritmo estabilidad y equipo, que es más esencial para
administrar a cualquier tipo de complicación de ecuaciones en forma sencilla y eficaz. Estos
métodos son la combinación de varios sistemas a través del cual los usuarios pueden
encontrar la raíz real de cualquier ecuaciones y sugerir sobre el proceso de derecho, que se
ofrece buen resultado con respecto a cualquier problema matemático, así como de
ingeniería basado en cuestiones de la manera más suave. También se denominan métodos
numéricos como el proceso de análisis numérico, que se utiliza para examinar o estudiar la
raíz real de solución. Por lo tanto, debe tener en cuenta sobre ella! Interpolación y
aproximación La interpolación polinómica te da polinomio p de grado n y menos que
únicamente coincide con la f(x0) de la función dada,…, f(xn) en los correspondientes puntos
x 0,…, xn. Interpolación polinómica p se utiliza en lugar de f, ejemplo en la evaluación, la
diferenciación, la integración, así como cero hallazgo. La precisión del polinomio de
interpolación generalmente depende altamente de la colocación de puntos de
interpolación, así como degrada muy drásticamente cuando uno se mueve lejos del
intervalo de los puntos (es, en el caso de la extrapolación). Mientras se utilizan muchos
puntos de interpolación (más de 5 y 10), a menudo es eficaz para usar en su lugar la pieza
polinomio sabio inter polant y spline. Si los puntos de interpolación sobre están ordenados,
0 x < x 1 < ••• xn. Spline cúbico es un datos anteriores, por ejemplo, consta de las piezas
polinomios cúbicas y con pieza de ith definición es en el intervalo [xi-1, xi] y emparejado
con la pieza vecina y piezas que función resultante no sólo coincide con los valores de la
función dada (por lo tanto es muy continua) sin embargo tiene la continua derivada
primera y segunda. La interpolación es una forma de determinar la aproximante. En la
generalidad completa, la aproximación implica muchas opciones: (1) conjunto P de la
posible aproximantes, el criterio para elegir P la aproximante particular, así como (3) forma
de medir el error de aproximación, que es, la diferencia entre la función f se aproxima
como aproximante p, para juzgar la calidad de aproximación. Solución de los sistemas
lineales Esto es manejado por el método directo, que es, el método que obtiene la
respuesta exacta en el número finito de los pasos, y por el método iterativo y por la sabia
combinación.
12. 6.2 Metodos de un paso Metodo de Euler Metodo de
Euler mejorado y Metodo de Runge-Kutta
Métodos numéricos - utilizados en la transferencia de calor! Estudio de transferencia de
calor determina la velocidad del curso del calor, el campo de calor o ambos valor al mismo
tiempo. Examen de transferencia de calor se utiliza para conocer el flujo de calor en el
momento del procedimiento de fabricación, la pérdida de calor a través de edificios,
predicción de acto de materiales mientras que reveló al fuego así como modelar el
funcionamiento de enfriamiento y sistema de calefacción. Sin embargo, el problema de
transferencia de calor podría resolverse mediante métodos analíticos, gráficos y numéricos.
Para su conocimiento, métodos numéricos alteran el examen de transferencia de calor de
cualquier sistema a una secuencia de ecuaciones aritméticas que cerrar al mismo tiempo
Esto de los realmente transfiere un proceso práctico en calor. Los métodos directos
necesitan muchas operaciones que aumentan con el cubo del número de las incógnitas.
Algunas clases de los problemas vienen en matriz de los coeficientes es escasa, sin
embargo incógnitas podrían número mil de muchos; para ello, los métodos directos son
totalmente prohibitivos en el tiempo del equipo necesario. Una fuente muy frecuente de
estos problemas es tratamiento de diferencias finitas de las ecuaciones en derivadas
parciales. La literatura significativa de los métodos iterativos que explotan las propiedades
especiales de las ecuaciones es accesible. Para algunas clases restringidas de las ecuaciones
de diferencia, el error en el iterate inicial está garantizado ser reducido por el factor fijo,
mediante el uso de muchos cálculos, que es totalmente proporcional a la n log n y donde n
es el número de las incógnitas. Los métodos directos necesitan el n3 proporcional de
trabajo, no es muy sorprendente como n obtiene grande, los métodos iterativos también
se estudian en cambio muy de cerca como las prácticas alternativas. Varias ecuaciones Los
métodos clásicos los resultados prácticos para la clase moderadamente limitada de las
ecuaciones diferenciales ordinarias, la clase algo restringida de los sistemas de las
ecuaciones diferenciales ordinarias, así como pequeño número de las ecuaciones en
derivadas parciales. Poder de los métodos numéricos es enorme aquí, en clases bastante
amplias de los problemas prácticos sencillos métodos se ha garantizado los resultados
numéricos y cuyo la calidad es totalmente predecible. El análisis de eficacia de los métodos
posibles también ha llevado a la base viable que elegir uno que mejor se adapte a la
situación particular. Las ecuaciones diferenciales se describen todos los sistemas sometidos
a algún tipo de cambio. También son muy extendidas en la ingeniería, física, ciencias
sociales, economía, sin embargo en biología. Muchos matemáticos han estudiado también
la naturaleza de las ecuaciones y sistemas complicados se describen muy precisamente con
las expresiones compactas.
13. 6.3 Metodos de pasos multiples
Métodos numéricos: utilizados con eficacia en la transferencia de calor! Métodos
numéricos necesitan un conjunto separado de los principios de las condiciones de frontera
para determinar la transformación del calor del proceso. Métodos numéricos constituyen
el método de diferencias finitas, análisis de elementos finitos, método de la ecuación
integral y el componente de límite de impedancia. El procedimiento de diferencias finitas
separa la muestra de transferencia de calor a una parte con la misma diferencia en medio
de ellos. FEA o análisis de elemento finito separa una estructura a pequeñas divisiones
conocido como volúmenes controlados. Sin embargo, se mide la transferencia de calor por
valor de la celda utilizando las entradas en las fronteras de cada cuadrado utilizando
métodos numéricos. Rejillas y triángulos se utilizan para separar un lugar en elementos
finitos o diferencias finitas. Cálculos que demuestren los errores de aproximación de
aumento no se nombran los numéricamente estable. Las tareas comunes del análisis
numérico están tratando de elegir algoritmos que son sólidas – esta es decir, tener la
buena estabilidad numérica en otras propiedades deseables. Como el ejemplo de algoritmo
inestable, pensar en la tarea de agregar la matriz de cien números. En orden, para
simplificar las cosas, puede suponer el equipo sólo tiene 2 dígitos de la precisión (ejemplo,
los números se representan como 77, 2.3, 110, 100, 120, sin embargo no 12.3 y 177). Esto
parece muy razonable, sin embargo supone el primer elemento de una matriz es 1.0 como
otros elemento 99 0.01. En la aritmética exacta, la respuesta será 1.99. Pero, en 2 dígitos
de computadora, cuando 1.0 fue añadido en suma variable y agregar en el 0.01 no habrá
conseguido ningún efecto en la suma, así como respuesta tan final será 1.0 – no la buena
aproximación de respuesta real. Además, vemos algoritmo depende de la ordenación de
los elementos en la matriz, en el contraste a la aritmética exacta. El ejemplo del algoritmo
estable en el caso específico es que ordena a una amplia gama de valores absolutos de los
elementos en el orden ascendente como resume mediante pseudo código que figuran
arriba. Se cerciora de que números más cercanos al cero se tomen en consideración
primera. Cuando se hace este cambio, 0.01 pueden añadirse elementos y dando el
elemento 0.99 y 1.0 puede agregarse y dando el resultado redondeado de más 2.0 –la
mejor aproximación del resultado real.