• Keine Ergebnisse gefunden

1+1+1 Punkte ) Ubung 2¨ Landau Symbole Schreiben Sie die folgenden Ausdr ¨ucke in der Form f(h

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Aktie "1+1+1 Punkte ) Ubung 2¨ Landau Symbole Schreiben Sie die folgenden Ausdr ¨ucke in der Form f(h"

Copied!
2
0
0

Wird geladen.... (Jetzt Volltext ansehen)

Volltext

(1)

Einf ¨uhrung in die Numerik ( Wintersemester 2015/16 ) Aufgabenblatt 2

Prof. Dr. Peter Bastian, Dominic Kempf Abgabe 6. November 2015

IWR, Universit¨at Heidelberg

Ubung 1¨ Kondition der Standardoperationen

Berechnen Sie die relativen Konditionszahlen (Verst¨arkungsfaktoren) der StandardoperationenMul- tiplizieren, DividierenundWurzel ziehen, also der Abbildungen:

F(x, y) =x·y, F(x, y) = x

y F(x) =√ x.

( 1+1+1 Punkte ) Ubung 2¨ Landau Symbole

Schreiben Sie die folgenden Ausdr ¨ucke in der Form f(h) = O(hm) (f ¨ur h → 0, h > 0) mit einem m ¨oglichst großenm∈N.

f(h) = (ph2+h)2−p2h4 p∈N

f(h) = − h2 ln(h)

f(h) = sin(x+h)−2 sin(x) + sin(x−h)

h2 + sin(x).

und skizzieren Sie jeweilsf(h)zusammen mit dem jeweiligenc·hm auf dem Intervall(0,1).

(Hinweis: F ¨ur einen der Ausdr ¨ucke ist die Formf(h) =o(hm)vorzuziehen! )

( 1+1+2 Punkte ) Ubung 3¨ Problematische Auswertung

Betrachten Sie die Funktion

f(x) = 1−cosx

x , |x| 1.

a) F ¨ur welchexist die Auswertung vonf(x)gut bzw. schlecht konditioniert?

b) Zeigen Sie, dass der Algorithmus, diesen Ausdruck in der gegebenen Form f ¨ur |x| 1 zu berechnen, instabil ist. F ¨uhren Sie hierzu eine Stabilit¨atsanalyse (quantitativ) durch. Dabei sei angenommen, dasscosxmit Maschinengenauigkeit berechnet wird.

c) Finden Sie f ¨ur |x| 1 einen stabilen Algorithmus zur Berechnung von f(x). Zeigen Sie in Analogie zu b) die Stabilit¨at Ihres Algroithmus. Hinweis: Die Darstellung vonf kann mit Hilfe der Rechenregeln f ¨ur trigonometrische Funktionen umgeformt werden (sin2x+ cos2x= 1).

( 1+3+3 Punkte )

(2)

Ubung 4¨ Potenzreihe f ¨ur die Exponentialfunktion (Praktische ¨Ubung)

Die Exponentialfunktionexl¨asst sich f ¨urx ∈Rals Potenzreihe auffassen, wobei der Konvergenzra- dius unendlich ist. Siehe Beispiel1.1in der Vorlesung.

Die rekursive Formel zur Berechnung der Potenzreihe lautet y1 := x, f1 := 1 +y1,

yn := nxyn−1 fn := fn−1+yn. (1) Schreiben Sie nun ein Programmpotenzreihe, welches f ¨ur gegebenesxundndie entsprechen- de N¨aherung der Exponentialfunktion berechnet. Der verwendete Datentyp soll dabei variabel sein.

Die Benutzereingabe soll ¨uber die Kommandozeile

./potenzreihe <Zahl> <Iteration> <Datentyp>

m ¨oglich sein, d.h. der Benutzer des Programmspotenzreihegibt f ¨ur<Zahl>eine beliebige Zahl xein, f ¨ur<Iteration>die maximale Anzahl der Iterationschritte und f ¨ur<Datentyp>entweder doubleoderfloat.

a) Testen Sie das Programm mit x = 5undx = −10f ¨ur100Iterationschritte und verschiedene Datentypen. Bilden Sie die Differenz zwischen dem exakten Wert vonexund der N¨aherungfn

en=|ex−fn|.

b) Insbesonders f ¨ur die Werte x 0 ist das Ergebnis um mehrere Gr ¨oßenordnungen daneben.

Probieren Sie die Rekursionformel (1) so umzuschreiben, dass der Fehler kleiner wird. Testen Sie es mitx=−20undfloat.

Hinweis: Man sollte die Ausl ¨oschung bei der Substraktionx1−x2mitx1 ≈x2vermeiden.

Hinweise:

• Der exakte Wert vonexkann man mitlong doubleberechnen:

long double exakt = std::exp(x);

wobei die Funktionexpist in der Header-Dateicmathdefiniert

#include <cmath>

( 4+2 Punkte )

http://conan.iwr.uni-heidelberg.de/teaching/numerik0_ws2015/num0_slides_2.pdf

Referenzen

ÄHNLICHE DOKUMENTE

1 Eigentlich m¨ ussen Vektoren immer senkrecht geschrieben werden (als Spalte), aber es spart Platz im Text wenn es horizontal geschrieben wird

(b) Bestimme die ¨ Ubergangsfunktionen des Determinantenb¨ undels des Cotangen- tialb¨

Stabilit¨ at l¨ asst sich mit Hilfe der Eigenwerte λ von A charakterisieren.. Notwendig und hinreichend ist, dass Re λ &lt; 0 f¨ ur

Eigenwerte der Jacobi-Matrix mit verschiedenem Vorzeichen

[r]

W¨ ahlen Sie jeweils Teilmengen von R so als Definitionsbereich und Zielbereich aus, dass durch die Zuordnung x → x 2 + x − 6 eine weder injektive noch surjektive Funktion,

Da sich der Fluss im Raum der Variablen nicht global ¨andern darf, kann man zeigen, dass Bifurkationen nur dann auftreten, wenn der Realteil eines Eigenwertes der Jakobimatrix