Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Resolu¸c˜ao de Equa¸c˜oes N˜ao-Lineares
DCC008 - C´alculo Num´erico
Departamento de Ciˆencia da Computa¸c˜ao Universidade Federal de Juiz de Fora
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Conte´udo
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Introdu¸c˜ao
• Vamos considerar agora m´etodos para resolver equa¸c˜oesn˜ao-lineares. Dada uma fun¸c˜ao n˜ao-linear escalar
f :R→R, procuramos o valor dex para o qual
f(x) = 0
• No caso vetorial onde f :Rn→Rn, o problema consiste em encontrar o vetor xtal que todas as componentes de
f(x) s˜ao iguais a zero simultaneamente.
Exemplos
f(x) =x2−4 sin (x) = 0
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
• As ra´ızes correspondem aos pontos onde o gr´afico da fun¸c˜ao f(x) intercepta o eixo x
✲
x
✻
y
f(x)
x1 x2 x3
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Introdu¸c˜ao
• Para polinˆomios de grau at´e quatro, suas ra´ızes podem ser calculadas atrav´es de uma express˜ao fechada, como por exemplo no caso de uma fun¸c˜ao quadr´atica
ax2+bx+c = 0 ⇒ x= −b±
√
b2−4ac
2a
• De forma geral, n˜ao podemos encontrar os zeros de uma fun¸c˜ao atrav´es de uma express˜ao fechada. Portanto, para encontrar os zeros de uma fun¸c˜ao temos que recorrer a
m´etodos aproximados.
• Em alguns casos, os zeros das fun¸c˜oes podem ser n´umeros complexos:
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Defini¸c˜ao
Sef : [a,b]→R´e uma fun¸c˜ao dada, um pontoα∈[a,b] ´e um
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Raiz de uma fun¸c˜ao
Exemplos
Sejaf : (0,∞)→Re considere as seguintes fun¸c˜oes
f(x) = log (x) e f(x) =tanh(x)−x/3.
0 2 4 6 8 10
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Teorema (Multiplicidade)
Um pontoα∈[a,b]´e uma raiz de multiplicidade m da equa¸c˜ao f(x) = 0 se f(α) =f′(α) =. . .=f(m−1)(α) = 0 e
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Multiplicidade
Exemplo
Sejaf(x) =x2+ 2x+ 1 = (x+ 1)2. Nesse caso temos α=−1 com multiplicidadem= 2, pois f′(x) = 2(x+ 1), f′′(x) = 2 e assim temos quef(−1) = 0,f′(−1) = 0 e f′′(−1)6= 0.
−4 −3 −2 −1 0 1 2
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
• Os m´etodos num´ericos podem ser divididos em duas etapas:
• Isolamento das ra´ızes
• Encontrar um intervalo [a,b] que contenha apenas uma raiz, ou
• Determinar uma aproxima¸c˜ao inicialx0 (ou mais de uma, dependendo do m´etodo)
• Refinamento
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Raiz de fun¸c˜oes
Teorema
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Existem 3 ra´ızes no intervalo [0,10] da fun¸c˜ao
f(x) = (x−1)(x−5)(x−10)
-40 -20 0 20 40 60
y
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Como encontrar o intervalo da raizx>0 de
f(x) = x22
−sen(x)?
Solu¸c˜ao
Inspe¸c˜ao visual. Neste exemplo,x ∈[1,5; 2].
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
y
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Cont. Solu¸c˜ao
• Outra possibilidade ´e fazer uma tabela de valores
x f(x) sinal
0,5 -0,416925538604 <0 1,0 -0,591470984808 <0 1,5 -0,434994986604 <0 2,0 0,0907025731743 >0 2,5 0,964027855896 >0 3,0 2,10887999194 >0
• Logo, h´a ao menos uma raiz em [1,5; 2]
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Encontre um intervalo de tamanho unit´ario em que haja ao menos uma raiz paraf(x) =√x−5e−x = 0 de modo que
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Encontre um intervalo de tamanho unit´ario em que haja ao menos uma raiz paraf(x) =√x−5e−x = 0 de modo que
x≥0.
Solu¸c˜ao
x f(x) sinal
0,0 -5,0 <0
1,0 -0,839397205857 <0 2,0 0,73753714619 >0
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Teorema
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
H´a garantia de haver apenas uma raiz para
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
H´a garantia de haver apenas uma raiz para
f(x) =√x−5e−x = 0 no intervalo [1,2]?
Solu¸c˜ao
Sim, poisf(x) ´e cont´ınua nesse intervalo,f(1)f(2)<0 e
f′(x) = 1
2√x + 5e−
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
• Definido o intervalo (ou formas de inicializa¸c˜ao), pode-se ent˜ao gerar iterativamente uma sequˆencia de aproxima¸c˜oes para a raiz def(x)
• Antes de estudar os m´etodos num´ericos para gera¸c˜ao dessas aproxima¸c˜oes, ´e importante definir um crit´erio de parada para o processo iterativo
• Alguns dos crit´erios normalmente adotados s˜ao:
|xk−xk−1| ≤ǫ |
xk −xk−1|
|xk| ≤
ǫ |f(xk)| ≤ǫ
onde
• k ´e o passo do processo iterativo
• ǫ´e a precis˜ao/tolerˆancia da solu¸c˜ao
Num´erico -UFJF Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Ordem de convergˆencia
´
E importante definir com qual rapidez a sequˆencia de aproxima¸c˜oes{x0,x1, . . .}converge para a raiz exataα.
Ordem de convergˆencia
Uma sequˆencia{xn|n≥0}´e dita convergir com ordem p ≥1 para um pontoα se
|α−xn+1| ≤c|α−xn|p, n≥0
para uma constantec >0.
Sendoc <1, dizemos que :
• sep = 1: convergˆencia linear
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Na pr´atica o que isso significa a ordem de convergˆencia?
|α−xn+1| ≤c|α−xn|p
Exemplos de convergˆencia:
• Linear: 10−2,10−3,10−4,10−5, . . . comc = 10−1
• Linear: 10−2,10−4,10−6,10−8, . . . comc = 10−2
• Super-linear: 10−2,10−3,10−5,10−8, . . .
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Conte´udo
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
• O m´etodo da bisse¸c˜ao baseia-se na ideia de que seja f(x) cont´ınua e f(a)f(b)<0, ent˜ao existe ao menos uma raiz no intervalo [a,b].
• A cada passo, o intervalo ´e dividido ao meio
xk =
a+b
2
• O novo (sub-)intervalo ser´a aquele que cont´em a raiz
• [a,xk], sef(a)f(xk)<0
• [xk,b], caso contr´ario
• A busca continua at´e que algum crit´erio de parada seja atendido:
b−a< ǫ; |f(xk)|< ǫ; |
xk−xk−1|
|xk|
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
✲
x
✻
y
a
b f(a)
f(b)
r r
r
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
✲
x
✻
y
a x1
b f(a)
f(b)
r r r
r
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
✲
x
✻
y
a
b
r r
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
✲
x
✻
y
a
x2 b
r r r
r r
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
✲
x
✻
y
a
b
r r
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
✲
x
✻
y
a
x3 b
r r r
r r
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
✲
x
✻
y
a b
r r
r
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
✲
x
✻
y
a x4
b
r r
r
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
✲
x
✻
y
a x1x4
x3 x2 b
f(a)
f(b)
r r r r
r
r r
r r
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Algoritmo 1:Algoritmo do m´etodo da Bisse¸c˜ao
Entrada: f(x) cont´ınua em [a,b], intervalo [a,b] tal que
f(a)f(b)<0, precis˜aoǫe m´aximo n´umero de itera¸c˜oes
1 in´ıcio 2 k ←−0;
3 enquantocrit´erio de parada n˜ao ´e satisfeito fa¸ca 4 xk ←− a+2b;
5 se f(a)f(xk)<0 ent˜ao 6 b←−xk;
7 sen˜ao
8 a←−xk;
9 k ←−k+ 1;
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] executando 5 passos do m´etodo da bisse¸c˜ao.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] executando 5 passos do m´etodo da bisse¸c˜ao.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] executando 5 passos do m´etodo da bisse¸c˜ao.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] executando 5 passos do m´etodo da bisse¸c˜ao.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] executando 5 passos do m´etodo da bisse¸c˜ao.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
• A cada intera¸c˜aok, a raiz def(x) = 0 est´a num intervalo [ak,bk]
• Assim, sendo r a solu¸c˜ao do problema, pode-se dizer que
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
An´alise
M´etodo da Bisse¸c˜ao• A cada intera¸c˜aok, a raiz def(x) = 0 est´a num intervalo [ak,bk]
• Assim, sendo r a solu¸c˜ao do problema, pode-se dizer que
|r−xk| ≤ 12(bk −ak)
• Al´em disso, o intervalo (bk −ak) no passo k pode ser escrito como
bk −ak =
bk−1−ak−1
2 =
bk−2−ak−2
22 =· · ·=
b0−a0
2k
• Logo, o erro absoluto no passo k satisfaz
|r−xk| ≤
b0−a0
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Bisse¸c˜ao
• O limitante para o erro absoluto pode ser utilizado para determinar o n´umero de itera¸c˜oes necess´arias para se obter uma raiz com uma dada precis˜ao ǫ
• Considerando como crit´erio de parada
b−a≤ǫ
• Nesse sentido, deseja-se determinar k tal que
|r−xk| ≤
b0−a0
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
An´alise
M´etodo da Bisse¸c˜ao• Logo,
b0−a0
2k+1 ≤ǫ
b0−a0
ǫ ≤2
k+1
2k+1 ≥ b0−a0 ǫ
log2(2k+1)≥log2
b0−a0
ǫ
k+ 1≥log2
b0−a0
ǫ
≥log
b0−a0
−1 ou ≥
lnb0−a0
ǫ
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
N´umero de itera¸c˜oesvs Precis˜ao
N´umero de itera¸c˜oesk para o m´etodo da bisse¸c˜ao atingir uma precis˜aoǫ
k ≥log2
b0−a0
ǫ
−1 ou k≥
lnb0−a0
ǫ
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Qual o n´umero de itera¸c˜oes necess´arias para encontrar uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜aof(x) = x
2
2
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Qual o n´umero de itera¸c˜oes necess´arias para encontrar uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜aof(x) = x
2
2
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] de modo queb−a≤ǫ= 10−5?
Solu¸c˜ao
k≥log2b0−a0
ǫ
−1 = log22−1,5
10−5
−1≈15,61−1 = 14,61
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Ordem de Convergˆencia
M´etodo da Bisse¸c˜ao• Ordem de convergˆencia de um m´etodo
|α−xn+1| ≤c|α−xn|p
• No m´etodo da bisse¸c˜ao o erro cai pela metade (em m´edia) a cada itera¸c˜ao na busca da solu¸c˜ao α, ou seja,
|α−xk|
|α−xk−1| ≤
1 2
Assim,
|α−xk| ≤ 1
2|α−xk−1|
e verifica-se que este m´etodo tem ordem de convergˆencia
Introdu¸c˜ao
M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exerc´ıcios
1) Mostre que as seguintes equa¸c˜oes possuem exatamente uma raiz e que em cada caso a raiz est´a no intervalo [0.5,1.0]
a) x2+ln(x) = 0
b) xex−1 = 0
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Conte´udo
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
• Dado um intervalo [a,b] que cont´em uma raiz para
f(x) = 0, ent˜ao om´etodo da falsa posi¸c˜ao pode ent˜ao ser descrito como
• Calcula-se a aproxima¸c˜aoxk:
xk =
af(b)−bf(a)
f(b)−f(a)
• Determina-se o novo (sub-)intervalo, que ser´a aquele que cont´em a raiz
• [a,xk], sef(a)f(xk)<0
• [xk,b], caso contr´ario
• A busca continua at´e que algum crit´erio de parada seja atendido:
b−a< ǫ; |f(xk)|< ǫ; |
xk−xk−1|
|xk|
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
✲
x
✻
y
a
b
reta
x0
f(a)
f(b)
r r
r
r r
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
✲
x
✻
y
b
reta
a f(a)
f(b)
f(a)f(b)<0
x1
r r
r r
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
✲
x
✻
y
a f(a)
f(b)
b x2
r
r r
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Algoritmo 2:Algoritmo do m´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
Entrada: f(x) cont´ınua em [a,b], intervalo [a,b] tal que
f(a)f(b)<0, precis˜aoǫe m´aximo n´umero de itera¸c˜oes
1 in´ıcio
2 k ←−0;
3 enquantocrit´erio de parada n˜ao ´e satisfeito fa¸ca
4 xk ←− aff((bb))−−bff(a()a); 5 se f(a)f(xk)<0 ent˜ao 6 b←−xk;
7 sen˜ao
8 a←−xk;
9 k ←−k+ 1;
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] utilizando o m´etodo da falsa posi¸c˜ao, com|f(xk)|< ǫ= 10−4.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] utilizando o m´etodo da falsa posi¸c˜ao, com|f(xk)|< ǫ= 10−4.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Encontre uma aproxima¸c˜ao para o zero da fun¸c˜ao
f(x) = x22
−sen(x) no intervalo [1,5; 2] utilizando o m´etodo da falsa posi¸c˜ao, com|f(xk)|< ǫ= 10−4.
Solu¸c˜ao
k a b xk f(a) f(b) f(xk)
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao
M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exerc´ıcios
1) Aplique o m´etodo da Bisse¸c˜ao e o da Falsa Posi¸c˜ao para calcular a raiz positiva de x2−7 = 0 comǫ= 10−2 ,
partindo do intervalo inicial [2.0, 3.0] e utilizando 4 d´ıgitos significativos. Qual chegou na resposta com menos
itera¸c˜oes?
2) Aplique o m´etodo da Falsa Posi¸c˜ao utilizando 4 d´ıgitos significativos para resolver utilizando ǫ= 10−2:
a) ex−3x = 0
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Conte´udo
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
• Outra alternativa para encontrar a raiz r da equa¸c˜ao
f(x) = 0,
onde f ´e uma fun¸c˜ao cont´ınua no intervalo [a,b] em que a raiz ´e procurada, ´e reescrever f(x) na forma
x =φ(x)
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Sejaf(x) =x2−x−2 = 0. Podemos escrever a) x =x2−2
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Sejaf(x) =x2−x−2 = 0. Podemos escrever a) x =x2−2
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Sejaf(x) =x2−x−2 = 0. Podemos escrever a) x =x2−2
b) x =√2 +x c) x = 1 +2x d) x = x2+2
2x−1
Existem diversas formas de expressarf(x) = 0 como um
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo do Ponto Fixo
No m´etodo do ponto fixo define-sex =φ(x) satisfazendo: 1) φ(x) e φ′(x) cont´ınuas para x ∈I
2) |φ′(x)|<1,∀x ∈I
Dada uma aproxima¸c˜ao inicialx0 para a raizr, ent˜ao as
aproxima¸c˜oes sucessivasxk s˜ao obtidas fazendo
xk =φ(xk−1), k = 1,2, . . .
O processo continua at´e algum crit´erio de parada ser atendido:
|xk−xk−1|
|xk|
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Ponto Fixo
Algoritmo 3:Algoritmo do m´etodo Ponto Fixo
Entrada: Aproxima¸c˜ao inicialx0, fun¸c˜ao associada φ(x),
precis˜aoǫe m´aximo n´umero de itera¸c˜oes 1 in´ıcio
2 k ←−1;
3 enquantocrit´erio de parada n˜ao ´e satisfeito fa¸ca 4 xk ←−φ(xk−1);
5 k ←−k+ 1;
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
f(x) =x2−x−2 usando o seguinte esquemax =x2−2. ConsiderandoI = [1.5,2.5], sabemos que a raiz ´eα = 2.
φ(x) =x2−2 ⇒ φ′(x) = 2x
Assim temos queφ(x) e φ′(x) s˜ao cont´ınuas. Entretanto
max x∈I |φ
′(x)|= max
x∈I |2x|>1
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Por outro lado, paraf(x) =x2−x−2 comI = [1.5,2.5] usandoφ(x) =√x+ 2, temos
φ′(x) = 1 2√x+ 2
e assim
max x∈I |φ
′(x)|= max
x∈I 1 2√x+ 2
= 0.267<1
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Considere a equa¸c˜aof(x) = 2x2−5x+ 2 = 0, cujas ra´ızes s˜ao α1 = 0.5 eα2 = 2. Considere os processos iterativos:
a) xk+1=
q
5xk
2 −1
b) xk+1= 2
x2
k+2
5
Qual dos dois processos vocˆe utilizaria para obter a raizα1?
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Considere a equa¸c˜aof(x) = 2x2−5x+ 2 = 0, cujas ra´ızes s˜ao α1 = 0.5 eα2 = 2. Considere os processos iterativos:
a) xk+1=
q
5xk
2 −1
b) xk+1= 2
x2
k+2
5
Qual dos dois processos vocˆe utilizaria para obter a raizα1?
Por que? Solu¸c˜ao
Para a) temos que
φ(x) = 5x
2 −1 1/2
⇒ φ′(x) =1
2
1
q5
xk
2 −1
5 2
|φ′(α1)|=
5
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Solu¸c˜ao do exemplo - (cont.) Para b) temos que
φ(x) = 2x
2+ 2
5 ⇒ φ′(x) = 4x
5
|φ′(α
1)|=
4(0.5)
5 =
2
5 = 0.4<1
Temos ent˜ao queφ(x) e φ′(x) s˜ao cont´ınuas e se x0 for suficientemente pr´oximo deα1, ent˜ao o processo b) ir´a
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Sejaf(x) =x3−9x+ 3. Considere a seguinte fun¸c˜ao de itera¸c˜aox=φ(x) = x3+3
9 . Queremos encontrar a raiz de
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Sejaf(x) =x3−9x+ 3. Considere a seguinte fun¸c˜ao de itera¸c˜aox=φ(x) = x3+3
9 . Queremos encontrar a raiz de
f(x) = 0 no intervalo [0,1]. O m´etodo ir´a convergir?
Solu¸c˜ao
Temos queφ′(x) = x2
3 , e portanto temos queφ(x) e φ′(x) s˜ao
cont´ınuas.
Verificamos agora que
|φ′(x)|=
x2 3
<1,∀x ∈[0,1]
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Solu¸c˜ao do exemplo - (cont.) Na primeira itera¸c˜ao, temos
x1=0.25
3+ 3
9 =
0.015625 + 3
9 = 0.335069
f(x1) =x13−9x1+ 3 = 0.037618−3.015621 + 3 = 0.021997> ǫ
Mais uma itera¸c˜ao
x2= 0.335069
3+ 3
9 = 0.337513
f(x2) =x23−9x2+ 3 = 0.038447−3.037617 + 3 = 0.00083< ǫ
Como o crit´erio de parada|f(x2)|< ǫfoi satisfeito,
terminamos o processo comx2 = 0.337513 como aproxima¸c˜ao
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Solu¸c˜ao do exemplo - (cont.)
Se tomarmos outra aproxima¸c˜ao inicialx0 = 0.5 mais distante
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Solu¸c˜ao do exemplo - (cont.)
Se tomarmos outra aproxima¸c˜ao inicialx0 = 0.5 mais distante
da raiz temos:
k xk f(xk)
0 0.5 -1.375
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Considere as seguintes fun¸c˜oes: a) φ1(x) = 2x−1
b) φ2(x) =x2−2x+ 2
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Exemplo
Considere as seguintes fun¸c˜oes: a) φ1(x) = 2x−1
b) φ2(x) =x2−2x+ 2
Qual delas vocˆe escolheria para obter a raiz 1, utilizando o processo iterativoxk+1=φ(xk)? Exiba a sequˆencia gerada com sua escolha tomandox0 = 1.2.
Solu¸c˜ao
Temos queφ1(x) e φ′1(x) s˜ao cont´ınuas pois
φ1(x) = 2x−1, φ′1(x) = 2
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Solu¸c˜ao do exemplo - (cont.) Por outro lado
φ2(x) =x2−2x+ 2, φ′2(x) = 2x−2
|φ′
2(x)|=|2x−2|<1
de onde temos
−1<2x−2<1 1<2x<3
1
2 <x < 32
Portanto|φ′
2(x)|<1 se e somente sex ∈I = [0.5,1.5]. Como
φ2(x) eφ′2(x) s˜ao cont´ınuas, tomando uma aproxima¸c˜ao inicial
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Solu¸c˜ao do exemplo - (cont.)
Tomando ent˜aoφ2(x) =x2−2x+ 2 e x0= 1.2, temos:
k xk
0 1.2
1 1.04
2 1.0016
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exerc´ıcios
1) Considere o problema de encontrar o zero da fun¸c˜ao
f(x) =x+ln(x) no intervalo [0.5,0.6] usando um m´etodo de ponto fixo. Analise a convergˆencia, quando a fun¸c˜ao de itera¸c˜ao ´e dada por:
a) ϕ(x) =−ln(x)
b) ϕ(x) =e−x
2) A equa¸c˜aox2+ 5x−1 = 0 tem uma raiz em [0,0.5]. Verifique quais dos processos abaixo podem ser utizados, com sucesso, para obtˆe-la.
a) xk+1= 1−x
2
k 5
b) xk+1= 1−xk5xk
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Conte´udo
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
O m´etodo de Newton ´e definido por
xk =xk−1−
f(xk−1)
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Algoritmo 4:Algoritmo para o M´etodo de Newton
Entrada: f(x), f′(x), valor inicialx0, precis˜ao ǫe m´aximo n´umero de itera¸c˜oes
1 in´ıcio 2 k ←−1;
3 enquantocrit´erio de parada n˜ao ´e satisfeito fa¸ca
4 xk ←−xk−1−ff′((xxkk−1) −1);
5 k ←−k+ 1;
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Resolvaf(x) =x−x1/3−2 = 0 usandox0 = 3 como
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Resolvaf(x) =x−x1/3−2 = 0 usandox0 = 3 como
aproxima¸c˜ao inicial.
Solu¸c˜ao
Temos que a derivada ´e
f′(x) = 1− 1 3x−
2/3
nesse caso a f´ormula de itera¸c˜ao ´e
xk+1=xk −
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
M´etodo de Newton
Cont. Solu¸c˜ao
Aplicando o m´etodo de Newton temos
k xk f′(xk) f(xk)
0 3.0 0.839750 -0.442250e+00
1 3.526644 0.856130 4.506792e-03
2 3.521380 0.855986 3.771414e-07
3 3.52137971 0.855986 0.00000e+00
E assim ao final das itera¸c˜oes obtemosα≈x3 = 3.52137971
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo
M´etodo de Newton
M´etodo da Secante Considera¸c˜oes Finais
Exerc´ıcios
1) O valor de π pode ser obtido atrav´es das seguintes equa¸c˜oes:
a) sen(x) = 0
b) cos(x) + 1 = 0
Aplique o m´etodo de Newton com x0 = 3 e com precis˜ao
10−7. Compare os resultados.
2) Suponha que vocˆe deseja computar √b em um computador que n˜ao possui a fun¸c˜ao de ”raiz quadrada”. Responda:
a) Use o m´etodo de Newton para estabelecer uma forma de calcular a raiz
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
Conte´udo
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
• Algumas desvantagens do m´etodo de Newton
• Determinarf′(x)
• Calcularf′(x) a cada passo
• Uma adapta¸c˜ao poss´ıvel ´e substituir f′(x) pela aproxima¸c˜ao
f′(x
k−1)≈
f(xk−1)−f(xk−2)
xk−1−xk−2
• Dada a aproxima¸c˜ao para f′(xk
−1), o m´etodo da secante resulta em
xk =xk−1−
f(xk−1)
f(xk−1)−f(xk−2)
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Secante
Algoritmo 5:Algoritmo para o M´etodo da Secante
Entrada: f(x), valores iniciais x0 ex1, precis˜ao ǫe m´aximo
n´umero de itera¸c˜oes 1 in´ıcio
2 k ←−2;
3 enquantocrit´erio de parada n˜ao ´e satisfeito fa¸ca
4 d ←− f(xkxk−1)−f(xk−2)
−1−xk−2 ;
5 xk ←−xk−1−f(xkd−1);
6 k ←−k+ 1;
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
Exemplo
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
M´etodo da Secante
Exemplo
Encontre a raiz de√x−5e−x = 0, usando o m´etodo da secante comx0= 1.4 e x1 = 1.5 com uma precis˜aoǫ= 10−3.
Solu¸c˜ao
Avaliando a fun¸c˜ao emx0 e x1 temos
f(x0) =f(1.4) =
√
1.4−5e−1.4 = 1.183
−5(0.247) =−0.052
f(x1) =f(1.5) =
√
1.5−5e−1.5 = 1.225
−5(0.223) = 0.110
pelo m´etodo da secante temos
x2=1.4
f(1.5)−1.5f(1.4)
f(1.5)−f(1.4) =
1.4(0.110)−1.5(−0.052)
0.110 + 0.052 = 1.432
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
Cont. da solu¸c˜ao do exemplo Avaliando a fun¸c˜ao emx2
f(x2) =f(1.432) =
√
1.432−5e−1.432= 1.197−5(0.239) = 0.002
assim
x3=
1.5f(1.432)−1.432f(1.5)
f(1.432)−f(1.5)
= 1.5(0.002)−1.432(0.110)
0.002−0.110 = 1.431
e3= |
x3−x2|
|x3|
= 0.0007< ǫ
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton
M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
Exerc´ıcios
Exerc´ıcios
1) Encontre o zero das seguintes fun¸c˜oes pelo m´etodo da secante com ǫ= 0.0005 ou at´e seis itera¸c˜oes:
a) f(x) =x3−cos(x) no intervalo [0,1]
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
1 Introdu¸c˜ao
2 M´etodo da Bisse¸c˜ao
3 M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao
4 M´etodo do Ponto Fixo
5 M´etodo de Newton
6 M´etodo da Secante
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
Compara¸c˜ao entre os M´etodos
• M´etodo da bisse¸c˜ao e falsa posi¸c˜ao
• Utiliza a ideia da existˆencia de ao menos uma raiz no intervalo [a,b] quandof(x) ´e cont´ınua ef(a)f(b)<0
• Convergˆencia linear
• M´etodo do ponto fixo
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
• M´etodo de Newton
• Possui crit´erios mais restritivos para a convergˆencia
• Requer o c´alculo def(x) ef′(x) a cada passo
• Pode em certas condi¸c˜oes atingir convergˆencia quadr´atica
• M´etodo da secante
• Similar ao m´etodo de Newton
Num´erico -UFJF
Introdu¸c˜ao M´etodo da Bisse¸c˜ao M´etodo da Falsa Posi¸c˜ao M´etodo do Ponto Fixo M´etodo de Newton M´etodo da Secante
Considera¸c˜oes Finais
Compara¸c˜ao entre os m´etodos
• De forma geral, entre os m´etodos apresentados aqui
• O m´etodo de Newton ´e o mais indicado
• Sempre que for poss´ıvel garantir as condi¸c˜oes de convergˆencia, ef′(x) estiver dispon´ıvel e for simples de
ser avaliada
• Sef′(x) n˜ao estiver dispon´ıvel ou for computacionalmente
custosa para se calcular, ent˜ao sugere-se o m´etodo da secante