Souhrn základních výpočetních postupů v Excelu probíraných v AVT listopad r r. . b = A

Transkript

1 Souhrn zákldních výpočetních postupů v Ecelu probírných v AVT listopd Řešení soustv lineárních rovnic Soustv lineárních rovnic ve tvru r r A. = b tj. npř. pro 3 rovnice o 3 neznámých 2 3 Hodnoty vektoru r b = b b 2 3 r = A r. b. Sestvit správně mtici soustvy A vektor prvých strnb r 2. Přesvědčit se o řešitelnosti soustvy: Determinnt mtice A musí být nenulový použití funkce DETERMINANT 3. Vypočítt inverzní mtici A - použití funkce INVERZE 4. Vypočítt vektor neznámých r jko součin inverzní mtice A - vektoru prvých strn b r - použití funkce SOUČIN.MATIC 5. O správnosti výpočtů je možno se přesvědčit zkouškou tj. součin mtice soustvy A vektoru neznámých r by měl vyjít shodný s vektorem prvých strn b r o je třeb hlídt rozměry výsledků jednotlivých opercí o funkce, jejichž výsledkem je pole, se potvrzují do buněk stiskem CRTL+SHIFT+ENTER o u mtic záleží n pořdí násobení n jejich rozměrech o je třeb si být vědom možných nepřesností výpočtů mezivýsledků, tj. nul nemusí být přesně nul, le npř. 3,5.0-4 Jednoduchý příkld: Vyřešte 2 rovnice o 2 neznámých: +2y=3 9=5+. A (mtice soustvy) vektor pr. str. (b) determinnt A 0 A - (inverzní mtice) 0-0,2 0,5 0, (vektor řešení) zkoušk,6 3 0,7-8

2 Souhrn zákldních výpočetních postupů v Ecelu probírných v AVT listopd Řešení nelineárních rovnic nelineární rovnice nejčstěji ve tvru f()=0 () njít jeden (nebo více) kořen rovnice, tj. tkové číslo, pro které bude rovnice () pltit npříkld Newtonov metod, která nchází hledný kořen postupným zpřesňováním hrubého odhdu kořene 0 podle rovnice (2) f ( i ) i+ = i (2) f '( i ). Nlézt hrubý odhd kořene (kořenů), tj. nlézt seprční intervl(y), tj. nlézt tkový intervl(y), kde funkce f() mění znménko. Jk? Tbelcí funkce, popř. z grfu. Jednu z krjních mezí (vhodnou) zvolím z A. NÁSTROJE-HLEDAT ŘEŠENÍ B. NÁSTROJE-ŘEŠITEL C. použití vzorce (2) o pozor n podmínky použití Newtonovy metody! o při použití postupu A,B pozor n poždovnou přesnost o při použití postupu C je nutno správně určit nlytickou derivci funkce f () Jednoduchý příkld: Njděte kořeny rovnice 2 --5=0. Tbelce funkce n zvoleném intervlu se zvoleným krokem f()= Grf funkce f()= Hledání.kořene: A. Nástroje-Hledt řešení B. Nástroje-Řešitel -2-2 Měněná buňk Buňk se vzorcem C. Výpočet itercí Newtonovy metody i f()= f'()= ,8 0,0400-4,6 2 -, ,000-4, , , Měněná buňk y Buňk se vzorcem

3 Souhrn zákldních výpočetních postupů v Ecelu probírných v AVT listopd Numerická integrce nměřené hodnoty závisle proměnné y v bodech nezávisle proměnné. Předpokládáme, že y=f() (y je funkcí ) y y 2 y N y N hodnot (číslo) I určitého integrálu z dných nměřených hodnot Přesnou hodnotu b I = f ( ) d nhrdíme přibližným výpočtem podle zvoleného prvidl A. Obdélník B. Lichoběžník i-tá plošk AA.zlev: O i =( i+ - i ).y i AB. zprv: O i =( i+ - i ).y i+ L i =( i+ - i ).(y i+ +y i )/2 celý integrál N N I = () I = (2) O i i= L i i= - počítáme kždou plošku zvlášť nkonec je sečteme o hledáme-li integrál z nlyticky dné funkce y=f(), je nutno ji nejprve tbelovt se zvoleným krokem h=(b-)/n, potom i+ = i +h o počet obdélníků (lichoběžníků) je o menší než počet hodnot! Jednoduchý příkld: Určete hodnotu integrálu z funkce dné tbulkou nměřených hodnot nezávisle proměnné závisle proměnné y. y 0,5,25 0,7, i y Obdélník zlev Obdélník zprv Lichoběžník 0,5,25 0,25 0,298 0, ,7,49 0,447 0,6 0, , ,697 5,898 4,2975 Hodnot integrálu podle zvoleného prvidl

4 Souhrn zákldních výpočetních postupů v Ecelu probírných v AVT listopd Numerická derivce nměřené hodnoty závisle proměnné y v bodech nezávisle proměnné. Předpokládáme, že y=f() (y je funkcí ) y y 2 y N y N hodnoty derivce sledovné veličiny v dných bodech, tj. pro kždé chceme hodnotu y použití tříbodové formule pro určení derivce v prvním bodě - podle rovnice (), dy 3y0 + 4 y y2 = d 0 2h posledním N-tém bodě - podle rovnice (2) () dy d yn 2 4 yn + = N 2h 3y ve vnitřních bodech intervlu podle rovnice (3) dy yi + yi+ = (3) d i 2h pouze implementujeme vzorce n ptřičné řádky tbulky n (2) o chceme-li hodnoty derivce v bodech nlyticky dné funkce y=f(), je nutno ji nejprve tbelovt se zvoleným krokem h. Potom i+ = i +h o při vynášení hodnot y y do téhož grfu je prvděpodobná nutnost použití vedlejší ypsilonové osy Jednoduchý příkld: Určete derivci funkce dné tbulkou y=f() y y y' 0 0, , , , , , , ,75 y h= Hodnoty y jejich derivce y y',5 y' 0,5 0-0,5 -

5 Souhrn zákldních výpočetních postupů v Ecelu probírných v AVT listopd Aproimce funkcí str. nměřené hodnoty závisle proměnné y v bodech nezávisle proměnné. Předpokládáme, že y=f() (y je funkcí ), popř. y=f(, 2, ) pro funkci více proměnných) y y 2 y N y N Mtemtický popis nměřených dt, tj. hledáme tvr funkce f() to včetně všech jejích prmetrů tj. y=f()=+b popř. y=f()=. f ( )+ 2.f 2 ( 2 )+... +b. Při proimci jinou než lineární funkcí předpokládáme, že, 2,.lze spočítt z (viz příkld) Pro vybrnou funkci jsou její prmetry určeny metodou nejmenších čtverců. Vybrt vhodnou proimční funkci v obecném tvru (npř. y=+b, y= b, pod.) Pomůckou může být vynesení nměřených hodnot do grfu (typu XY!). Poznámk: Tvr proimční funkce může být i předepsán, pk tento krok odpdá. 2. Stnovit hodnoty prmetrů proimční funkce tj. npř. určit hodnoty,b. V Ecelu: A. v některých přípdech lze využít nbídky PŘIDAT SPOJNICI TRENDU v grfu, je-li jko objekt vybrán dtová řd. Pozor! Je zpotřebí vybrt správný typ trendu zškrtnout možnost zobrzení rovnice regrese, popř. hodnotu koeficientu spolehlivosti +... rychlé, nenáročné -... nelze použít vždy -... nemožnost odkzovt se n konstnty prmetrů funkce B. použití funkce LINREGRESE: Vložit ji do oblsti o tolik sloupcích, kolik konstnt chci spočítt, o 5 řádcích správně vyplnit její rgumenty pole y, pole musí být souvislá oblst, 2,..., zd chci počítt konstntu b (B=) zd chci počítt dlší sttistické údje (STAT=) +... možno použít ji i n funkci více proměnných +... možno se odkzovt n konstnty ve výsledku -... nutno si pmtovt uložení výsledků ve výsledné oblsti viz příkld -... může nstt nutnost linerizce funkce npř. pro y=.e b - zde pomůže zlogritmování rovnice, pozor potom n přepočet koeficientů! 3. Dopočítt hodnoty závisle proměnné podle nlezeného proimčního vzthu, popř. určit odchylky 4. Podle vhodného kritéri (součet čtverců odchylek (má být co nejmenší), koeficient spolehlivosti (má se blížit ), průměrná reltivní odchylk (má být co nejmenší), pod.) posoudit kvlitu proimce

6 Souhrn zákldních výpočetních postupů v Ecelu probírných v AVT listopd Aproimce funkcí str. 2 o může se vyskytnout nutnost linerizce funkce o funkce LINREGRESE se potvrzuje do oblsti buněk stiskem CTRL+SHIFT+ENTER o při použití funkce LINREGRESE jsou hodnoty hledných konstnt v. řádku výsledné tbulky poslední číslo je konstnt b, osttní konstnty, 2, jdou v obráceném pořdí, než jk byly seřzeny sloupce hodnot nezávisle proměnných, 2,.. o je třeb se nenecht zhltit čísly, le stále se orientovt, co které znmená! o při vynášení odchylek do téhož grfu jko nměřené vypočtené hodnoty se prvděpodobně vyskytne nutnost vedlejší ypsilonové osy Jednoduchý příkld: Aproimujte nměřená dt předepsnou funkční závislostí: y = f ( ) =. + 2.sin( ) + b,0 2,5 5,7 6, 7,3 8,0 9,2 2,0 y -3,2-5,6-8,6-7,8-5,8-5,6-7,2-8,8 Koeficient spolehlivosti Předepsná proimční závislost: Příprv hodnot pro Nměřené hodnoty použití funkce LINREGRESE: Výpočtené hodnoty y =/ 2 =sin() y y y 2,0-3,2,000 0,84-3,28-0,08 0,000 2,5-5,6 0,400 0,598-5,542 0,058 0,003 5,7-8,6 0,75-0,55-8,562 0,038 0,00 6, -7,8 0,64-0,82-7,848-0,048 0,002 7,3-5,8 0,37 0,850-5,833-0,033 0,00 8,0-5,6 0,25 0,989-5,588 0,02 0,000 9,2-7,2 0,09 0,223-7,94 0,006 0,000 2,0-8,8 0,083-0,537-8,84-0,04 0,000 0,009 Výsledky funkce LINREGRESE: Součet čtverců odchylek 2 b 2, , , , , , , , #N/A 695,99 5 #N/A 24, , #N/A Součet čtverců odchylek Nlezená proimční závislost: y = 3, ,03.sin( ) 7,978 y =. + 2.sin( ) + b y - nměřené Výsledek proimce -2,0,0-3,0 3,0 5,0 7,0 9,0,0-4,0-5,0-6,0-7,0-8,0-9,0 y - nměřené hodnoty y - vypočtené hodnoty odchylky 0,00 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000-0,020-0,040-0,060-0,080-0,00 y - vypočtené