Riešenie nelineárnych rovníc I

Podobné dokumenty
Funkcia - priradenie (predpis), ktoré každému prvku z množiny D priraďuje práve jeden prvok množiny H.

Kvadratické funkcie, rovnice, 1

i j, existuje práve jeden algebraický polynóm n-tého stupˇna Priamym dosadením do (2) dostávame:

Skákalka. Otvoríme si program Zoner Callisto, cesta je Programy Aplikácie Grafika Zoner Callisto.

8. Relácia usporiadania

Numerický výpočet integrálu

3 Determinanty. 3.1 Determinaty druhého stupňa a sústavy lineárnych rovníc

Obrázok Časový plán projektu, určite kritickú cestu. Obrázok Časový plán projektu, určite kritickú cestu

1 Optimization toolbox

Iracionálne rovnice = 14 = ±

Lineárne nerovnice, lineárna optimalizácia

Osoba podľa 8 zákona finančné limity, pravidlá a postupy platné od

Ďalší spôsob, akým je možné vygenerovať maticu je použitie zabudovaných funkcií na generovanie elementárnych matíc.

Astronomická fotografia -- kuchárka pre digitálnu fotografiu

PODPROGRAMY. Vyčlenenie podprogramu a jeho pomenovanie robíme v deklarácii programu a aktiváciu vykonáme volaním podprogramu.

Kombinatorická pravdepodobnosť (opakovanie)

TomTom Referenčná príručka

AR, MA a ARMA procesy

Textový editor WORD. Práca s obrázkami a automatickými tvarmi vo Worde

M úlohy (vyriešené) pre rok 2017

Začínam so zadaním z NEPOUŽÍVAME ROZSAH POKIAĽ HO MUSÍME PRESKOČIŤ

Kombinatorická pravdepodobnosť (opakovanie)

Imagine. Popis prostredia:

Finančné riaditeľstvo Slovenskej republiky. Informácia k výpočtu preddavkov na daň z príjmov fyzických osôb

Finančné riaditeľstvo Slovenskej republiky

7.1 Návrhové zobrazenie dotazu

Finančné riaditeľstvo Slovenskej republiky. Informácia k výpočtu preddavkov na daň z príjmov fyzických osôb

Finančný manažment, finančná matematika a účtovníctvo

je zmena operácie ktorou z nelineárneho systému môže spraviť lineárny. Týmto krokom sme získali signál ktorý môžeme spracovať pomocou LDKI sústavy.

Ako započítať daňovú licenciu

Zvyškové triedy podľa modulu

VYSPORIADANIE PREHRADENÝCH ZÁVÄZKOV A POHĽADÁVOK

Ak stlačíme OK, prebehne výpočet a v bunke B1 je výsledok.

Vývoj cien energií vo vybraných krajinách V4

Návod na aplikáciu Mobile Pay pre Orange

Potrebujem: plastelína, tabuľa, kriedy, papieriky veľkosti A5, pastelky, ceruzky, lepiaca páska, nožnice

Pozičné číselné sústavy. Dejiny. Číselná sústava je spôsob, akým sú zapisované čísla pomocou znakov (nazývaných cifry).

1. Gigabajty si hneď v prvom kroku premeníme na gigabity a postupne premieňame na bity.

Referenčná ponuka na prístup ku káblovodom a infraštruktúre. Príloha 7 Poplatky a ceny

PLASTOVÉ KARTY ZÁKAZNÍKOV

Finančné riaditeľstvo Slovenskej republiky. Informácia k výpočtu preddavkov na daň z príjmov fyzických osôb

Operačná analýza 2-12

PROGRAM VZDELÁVACEJ ČINNOSTI. Anotácia predmetu

Užívateľský manuál e-shopu Tento krátky manuál sme pripravili s cieľom uľahčiť Vám orientáciu na tejto stránke.

CHARAKTERISTIKA JEDNOROZMERNÝCH ŠTATISTICKÝCH SÚBOROV

Strana 1 z 7. Monitorovacie funkcie pre terminálové servery Zverejnené na Customer Monitor (

Dodanie tovaru a reťazové obchody Miesto dodania tovaru - 13/1

Import Excel Univerzál

Metóda vetiev a hraníc (Branch and Bound Method)

Základy algoritmizácie a programovania

Diplomový projekt. Detská univerzita Žilinská univerzita v Žiline Matilda Drozdová

Multihosting Užívateľská príručka

Matematika test. Mesačne zaplatí. Obvod obdĺžnikovej záhrady je. Jedna kniha stojí Súčet

7. Relácia ekvivalencie a rozklad množiny

Finančné riaditeľstvo Slovenskej republiky

Programy vzdelávania: Vzdelávanie s interaktívnou tabuľou

1 Meranie fyzikálnych veličín

Finančné riaditeľstvo Slovenskej republiky

To bolo ľahké. Dokážete nakresliť kúsok od prvého stromčeka rovnaký? Asi áno, veď môžete použiť tie isté príkazy.

Limita funkcie. Čo rozumieme pod blížiť sa? y x. 2 lim 3

Hromadná korešpondencia v programe Word Lektor: Ing. Jaroslav Mišovych

JCDwin - prechod na EURO

Súmernosti. Mgr. Zuzana Blašková, "Súmernosti" 7.ročník ZŠ. 7.ročník ZŠ. Zistili sme. Zistite, či je ľudská tvár súmerná

Prevody z pointfree tvaru na pointwise tvar

KATEDRA DOPRAVNEJ A MANIPULAČNEJ TECHNIKY TESTOVANIE ŠTATISTICKÝCH HYPOTÉZ

Predaj cez PC pokladňu

Meranie elektrických parametrov na transformátore 400/121/10,5 kv

5.3.3 Vyhlásenie na zdanenie príjmov zo závislej činnosti

Matematika test. Cesta trvala hodín a minút.

Základy optických systémov

nastavenie a realizácia vzájomných zápočtov v Money S4 / Money S5

Aritmetické operácie v rôznych číselných sústavách. Ľudmila MACEKOVÁ, KEMT-FEI-TUKE, sep. 2017

Multiplexor a demultiplexor

SPRIEVODCA PRE POUŽÍVANIE EPAYMENTS

NÁVRH NA ODPREDAJ POZEMKOV SPOLOČNOSTI OBYTNÝ SÚBOR KRASŇANY, S.R.O.

Užívateľská príručka systému CEHZ. Základné zostavy Farmy podľa druhu činnosti

Vytváranie trojrozmerných grafických zobrazení v prostredí MATLAB a interaktívne úpravy grafov pomocou Figure Toolbar

Cena. Mesačný program Schudni raz a navždy. Alternatíva vrátane celodennej stravy pre ženy* Alternatíva personalizovaný jedálny lístok

RIZIKO V PODNIKU. Prípadová štúdia 2. Ing. Michal Tkáč, PhD.

Pracovné prostredie MS EXCEL 2003.

D- 1.strana D- 2.strana D- 3.strana D. - SPOLU TEST I. ČASŤ TEST

Kreslenie vo Worde Chceme napríklad nakresliť čiaru priamku. V paneli ponúk klikneme na Vložiť a v paneli nástrojov klikneme na Tvary.

Kontrola väzieb výkazu Súvaha a Výkaz ziskov a strát Príručka používateľa

CVIČENIE 1 : ZÁKLADNÉ VÝPOČTY PRAVDEPODOBNOSTI

Návod na používanie súboru na vyhodnotenie testov všeobecnej pohybovej výkonnosti

Porovnanie dizajnu časopisu

Pravdepodobnosť. Rozdelenia pravdepodobnosti

SKLADOVÁ INVENTÚRA 1 VYTVORENIE INVENTÚRY. 1.1 Nastavenie skladovej inventúry

DOBROPISY. Dobropisy je potrebné rozlišovať podľa základného rozlíšenia: 1. dodavateľské 2. odberateľské

Zverejnené informácie k nevyčerpaným prostriedkom z plateného portálu.

Studentove t-testy. Metódy riešenia matematických úloh

VECIT 2006 Tento materiál vznikol v rámci projektu, ktorý je spolufinancovaný Európskou úniou. 1/4

Množiny, relácie, zobrazenia

DANE A DAŇOVÝ SYSTÉM V SR

M E S T O R O Ž Ň A V A

Microsoft POWERPOINT XP

Účtovanie obstarania majetku formou finančného prenájmu s využitím na osobnú potrebu

Ako funguje stav účtu - prehľad o platbách na zdravotné odvody

Verifikácia a falzifikácia

ONLINE MARKETING VZDELÁVACÍ VÝSTUP ZO ŠTUDENTSKEJ STÁŽE V PROJEKTE BE READY FOR REAL BUSINESS

Transkript:

Riešenie nelineárnych rovníc I Ako je už zo samotného názvu hodiny parné budeme sa venovať spôsobom výpočtu nelineárnych rovníc. Prečo je riešenie takýchto rovníc nevyhnutné? Nielen v samotnom chemickom inžinierstve, ale takmer v každej oblasti inžinierskych výpočtov sa stretneme s problém, ktorý je zapísaný vo forme nelineárnych rovníc. Lineárne rovnice, ktorých riešenie sme si ukázali v minulom semestri, bolo pomerne jednoduché v porovnaní s riešením nelineárnych rovníc. Je to spôsobené hlavne skutočnosťou, že nelineárne rovnice môžu nadobúdať skutočne rozmanité tvary. Čo sa týka metódy na riešenie nelineárnych rovníc neexistuje jednoznačný, univerzálny a vždy použiteľný postup riešenia. Z tohto dôvodu existuje veľké množstvo metód určených na riešenie nelineárnych rovníc. Preto sa budeme tejto tematike venovať na najbližších dvoch hodinách, počas ktorých si ukážeme základné postupy riešenia nelineárnych rovníc. Priame hľadanie riešenia grafický spôsob Azda najjednoduchší spôsob akým je možné približne určiť riešenie nelineárnych rovníc je priame hľadanie riešenia. Aby tento postup bol čo najpochopiteľnejší, pokúsime sa využiť grafickú závislosť funkcie, ktorú hľadáme. Predstavme si že chceme vypočítať korene nelineárnej rovnice x 2 -x-2=0. V skutočnosti ide o kvadratickú rovnicu ktorá sa dá veľmi pohodlne vypočítať pomocou funkcie root. Naviac každú kvadratickú rovnicu sme schopný vypočítať aj analytický. Konkrétne táto rovnica má dva korene x1=2 a x2=-1. No je to nelineárna rovnica, preto si postup riešenia priamym hľadaním môžeme vyskúšať aj na tejto rovnici. Kedže už samotný nadpis hovorí, že budeme používať grafické zobrazenie priebehu funkcie, v prvom kroku si danú závislosť nakreslíme: x=linspace(-3,3,100); f=x.^2-x-2; plot(x,f); grid on

Riešenie danej rovnice predstavujú dva body, v ktorých krivka pretína x ovú os. Takto nakreslený graf nám automatický poskytne informáciu o tom, aké sú korene danej rovnice. Má to však niekoľko nevýhod: presnosť, s akou sme schopný získať hodnotu koreňov je priamo úmerná počtu bodov, pomocou ktorých sme danú závislosť vykreslili ďalšia nevýhoda súvisí s našimi možnosťami presne z daného grafu odčítať hodnotu, pri ktorej závislosť prechádza x ovou osou tretia nevýhoda súvisí so skutočnosť, že riešenie nelineárnej rovnice je často len určitou časťou riešeného problému, preto pri každom výpočte nelineárnej rovnice by bolo potrebné výpočet zastaviť, odčítať hodnotu z grafu a pokračovať vo výpočte azda najväčšia nevýhoda je, že takýmto spôsobom je možné riešiť jednu, maximálne dve rovnice Práve poslednú nevýhodu si zdokumentujeme na nasledujúcom príklade, keď budeme počítať riešenie dvoch nelineárnych rovníc: Príklad 1 Riešte sústavu nelineárných rovníc: 2x 1 -x 2 -e -x1 =0 -x 1 +2x 2 -e -x2 =0 Ako na to? Ak chceme zabezpečiť, aby riešenie uvedenej sústavy bolo správne, musíme nájsť takú dvojicu neznámych x 1 a x 2, pre ktorú ľavá strana oboch rovníc bude rovná nule. Algoritmus bude teda nasledovný: Budeme postupne meniť hodnoty x 1 a x 2 a v každom kroku vyhodnotíme do akej miery nami zvolené hodnoty vyhovujú riešeniu uvedeného problému. Spôsobov ako vyhodnotiť kvalitu riešenia je viacero, no mi potrebujeme zabezpečiť, aby obe rovnice mali ľavú stranu čo najbližšiu hodnote nula. Možno Vás napadá, že najjednoduchšie by bolo spočítať obe ľavé strany dokopy a požadovať, aby spolu mali čo najmenšiu hodnotu. To však ale vôbec nemusí platiť (ľavá strana prvej rovnice má hodnotu napr. 100 a ľavá strana druhej rovnice má hodnotu -100, ich súčet je síce nula, ale daný bod nemožno považovať za riešenie). Aby sme sa vyhli uvedenému problému, vytvoríme si iné kritérium kvality riešenia, tzv. najmenšie štvorce: Nech: Naše kritérium teda bude vyzerať nasledujúco: F 1 =2x 1 -x 2 -e -x1 =0 F 2 =-x 1 +2x 2 -e -x2 =0 suma_stvorcov=(f 1 ) 2 +(F 2 ) 2 =0 Skúsme si nakresliť graf závislosti sumy štvorcov na hodnotách x 1 a x 2 :

x1=linspace(0,1,100); x2=linspace(0,1,100); [x1,x2]=meshgrid(x1,x2); for i=1:100 for j=1:100 F1=2*x1(i,j)-x2(i,j)-exp(-x1(i,j)); F2=-x1(i,j)+2*x2(i,j)-exp(-x2(i,j)); suma_stvorcov(i,j)=f1^2+f2^2; pcolor(x1,x2,suma_stvorcov); colorbar Z uvedeného obrázku je zjavné, že nulovej hodnote pripadá tmavomodrá farba. Ale kde presne je nulová hodnota? To je práve najväčšia nevýhoda uvedenej metódy. Ak v prípade jednej rovnice sme boli schopný koreň rovnice určiť relatívne presne, v tomto prípade by sme už potrebovali orlí zrak a ani to by nemuselo byť zárukou úspechu. Beztak uvedená metóda je vhodná aspoň na približné určenie oblasti, v ktorej sa nachádza koreň nelineárnej rovnice. Všeobecnejší spôsob priameho hľadania koreňov Vyššie uvedený príklad predpokladal, že dokážeme veľmi presne odčítať z grafu hodnotu, v ktorej má závislosť sumy štvorcov nulovú hodnotu, čo bolo takmer nereálne. Pokúsme sa teraz na uvedený problém nedívať cez grafické zobrazenie, ale cez konkrétne hodnoty sumy štvorcov. Zvlášť nás budú zaujímať tie hodnoty neznámych x 1 a x 2, pre ktoré bude suma štvorcov najmenšia.

Vytvorme teda program, ktorý otestuje všetky kombinácie hodnôt x 1 a x 2 z intervalu od -5 po 5 a zapamätá si a vypíše hodnoty x 1 a x 2, v ktorých bola hodnota sumy štvorcov minimálna: x1=linspace(-5,5,100); x2=linspace(-5,5,100); [x1,x2]=meshgrid(x1,x2); minimalna_hodnota=1e6; for i=1:100 for j=1:100 F1=2*x1(i,j)-x2(i,j)-exp(-x1(i,j)); F2=-x1(i,i)+2*x2(i,j)-exp(-x2(i,j)); suma_stvorcov=f1^2+f2^2; if minimalna_hodnota>suma_stvorcov minimalna_hodnota=suma_stvorcov; koren1=x1(i,j); koren2=x2(i,j); str=sprintf('x1=%f X2=%f suma stvorcov=%f',koren1,koren2,minimalna_hodnota); msgbox(str); Dostali sme teda hodnoty koreňov x 1 a x 2, pre ktoré je hodnota sumy štvorcov 0,00062, čo v podstate nie je zlý výsledok. Čo ale ak chceme dostať presnejší výsledok? Existujú v podstate dva spôsoby ako uvedený výsledok spresniť: zväčšiť počet krokov postupne zmenšovať interval, na ktorom hľadáme riešenie Využitie Symbolic toolboxu na riešenie nelineárnych rovníc MATLAB poskytuje hneď niekoľko principiálne odlišných spôsobov riešenia nelineárnych rovníc. Teraz si ukážeme ako je možné riešiť jednoduché nelineárne rovnice pomocou Symbolic toolboxu. Riešenie využitím symbolic toolboxu je veľmi jednoduché, preto sa nebude veľmi venovať teórii, ale priamo sa vrhneme na príklad: Príklad 1 Riešte nelineárnu rovnicu: x 2 -x-2=0

syms x f=x^2-x-2; korene=solve(f) Podobným spôsobom je možné vyriešiť aj vyššie uvedenú sústavú dvoch nelineárných rovníc: Príklad 2 Riešte sústavu nelineárnych rovníc: 2x 1 -x 2 -e -x1 =0 -x 1 +2x 2 -e -x2 =0 syms x1 x2 F1=2*x1-x2-exp(-x1); F2=-x1+2*x2-exp(-x2); [k1,k2]=solve(f1,f2)