Aspekte zur Approximation von Quadratwurzeln

Ähnliche Dokumente
Konkave und Konvexe Funktionen

Beschreibende Statistik Mittelwert

Auswertung univariater Datenmengen - deskriptiv

FORMELSAMMLUNG STATISTIK (I)

Auswertung univariater Datenmengen - deskriptiv

Daten sind in Tabellenform gegeben durch die Eingabe von FORMELN können mit diesen Daten automatisierte Berechnungen durchgeführt werden.

1 Definition und Grundbegriffe

Diskrete Mathematik 1 WS 2008/09

2. Nullstellensuche. Eines der ältesten numerischen Probleme stellt die Bestimmung der Nullstellen einer Funktion f(x) = 0 dar.

Lösungen zum 3. Aufgabenblock

Beim Wiegen von 50 Reispaketen ergaben sich folgende Gewichte X(in Gramm):

Funktionsgleichungen folgende Funktionsgleichungen aus der Vorlesung erhält. = e

Beschreibung des Zusammenhangs zweier metrischer Merkmale. Streudiagramme Korrelationskoeffizienten Regression

4. Musterlösung. Problem 1: Kreuzende Schnitte **

NSt. Der Wert für: x= +1 liegt, erkennbar an dem zugehörigen Funktionswert, der gesuchten Nullstelle näher.

wird auch Spannweite bzw. Variationsbreite genannt ist definiert als die Differenz zwischen dem größten und kleinsten Messwert einer Verteilung:

Erwartungswert, Varianz, Standardabweichung

Aufgabe 8 (Gewinnmaximierung bei vollständiger Konkurrenz):

Methoden der innerbetrieblichen Leistungsverrechnung

Anwendungsmöglichkeiten von Lernverfahren

Konzept der Chartanalyse bei Chart-Trend.de

8. MARKOVKETTEN 127. Abbildung 8.1: Reduzible und periodische Markovkette. p ji IIP[X n 1 = j] = [(IIP[X n 1 = j]) j E P ] i. j=0

6. Modelle mit binären abhängigen Variablen

12 LK Ph / Gr Elektrische Leistung im Wechselstromkreis 1/ ω Additionstheorem: 2 sin 2 2

3. Lineare Algebra (Teil 2)

5. Gruppenübung zur Vorlesung. Höhere Mathematik 1. Wintersemester 2012/2013

Auswertung von Umfragen und Experimenten. Umgang mit Statistiken in Maturaarbeiten Realisierung der Auswertung mit Excel 07

binäre Suchbäume Informatik I 6. Kapitel binäre Suchbäume binäre Suchbäume Rainer Schrader 4. Juni 2008 O(n) im worst-case Wir haben bisher behandelt:

6 Wandtafeln. 6.3 Berechnung der Kräfte und des Schubflusses auf Wandtafeln Allgemeines

1 = Gl.(12.7) Der Vergleich mit Gl. (12.3) zeigt, dass für die laminare Rohrströmung die Rohrreibungszahl

18. Dynamisches Programmieren

Zinseszinsformel (Abschnitt 1.2) Begriffe und Symbole der Zinsrechnung. Die vier Fragestellungen der Zinseszinsrechnung 4. Investition & Finanzierung

Klasse : Name1 : Name 2 : Datum : Nachweis des Hookeschen Gesetzes und Bestimmung der Federkonstanten

Ionenselektive Elektroden (Potentiometrie)

Werkstoffmechanik SS11 Baither/Schmitz. 5. Vorlesung

1 BWL 4 Tutorium V vom

3.3 Lineare Abbildungen und Matrizen

Stochastische Prozesse

nonparametrische Tests werden auch verteilungsfreie Tests genannt, da sie keine spezielle Verteilung der Daten in der Population voraussetzen

Spiele und Codes. Rafael Mechtel

6.5. Rückgewinnung des Zeitvorgangs: Rolle der Pole und Nullstellen

Z Z, kurz { } Zählt die Reihenfolge der Buchstaben (ja/nein) Daraus ergeben sich wiederum vier Möglichkeiten, Wörter der Länge k zu bilden.

Polygonalisierung einer Kugel. Verfahren für die Polygonalisierung einer Kugel. Eldar Sultanow, Universität Potsdam,

SIMULATION VON HYBRIDFAHRZEUGANTRIEBEN MIT

Flußnetzwerke - Strukturbildung in der natürlichen Umwelt -

Lineare Regression (1) - Einführung I -

Wechselstrom. Dr. F. Raemy Wechselspannung und Wechselstrom können stets wie folgt dargestellt werden : U t. cos (! t + " I ) = 0 $ " I

Für jeden reinen, ideal kristallisierten Stoff ist die Entropie am absoluten Nullpunkt gleich

Boost-Schaltwandler für Blitzgeräte

Vermessungskunde für Bauingenieure und Geodäten

8 Logistische Regressionsanalyse

18. Vorlesung Sommersemester

13.Selbstinduktion; Induktivität

Versicherungstechnischer Umgang mit Risiko

Fallstudie 4 Qualitätsregelkarten (SPC) und Versuchsplanung

Zur Interpretation einer Beobachtungsreihe kann man neben der grafischen Darstellung weitere charakteristische Größen heranziehen.

"Zukunft der Arbeit" Arbeiten bis 70 - Utopie - oder bald Realität? Die Arbeitnehmer der Zukunft

-2 Das einfache Regressionsmodell 2.1 Ein ökonomisches Modell

Netzwerkstrukturen. Entfernung in Kilometer:

Prof. Dr.-Ing. P. Eberhard, Prof. Dr.-Ing. M. Hanss SS 2016 A 1.1

Der stöchiometrische Luftbedarf einer Reaktion kann aus dem Sauerstoffbedarf der Reaktion und der Zusammensetzung der Luft berechnet werden.

4 Die geometrische Darstellung der komplexen

1 Mehrdimensionale Analysis

Nullstellen Suchen und Optimierung

Hausübung 1 Lösungsvorschlag

mit der Anfangsbedingung y(a) = y0

Neuronale Netze. M. Gruber (1) ausgeloste Reiz ist x (1) = (1) (s (1) ) mit (1) (s) = 1 sgn(s 1 ) sgn(s 2 ) T. .

12 UMPU Tests ( UMP unbiased )

Der Satz von COOK (1971)

Franzis Verlag, Poing ISBN Autor des Buches: Leonhard Stiny

2πσ. e ax2 dx = x exp. 2πσ. 2σ 2. Die Varianz ergibt sich mit Hilfe eines weiteren bestimmten Integrals: x 2 e ax2 dx = 1 π.

arxiv: v1 [math.nt] 10 Apr 2014

Standardnormalverteilung / z-transformation

50 Matrixnormen und Eigenwertabschätzungen

Physikalisches Anfängerpraktikum Teil 2 Versuch PII 33: Spezifische Wärmekapazität fester Körper Auswertung

ÜbungsaufgabeN mit Lösungen

Seminar Analysis und Geometrie Professor Dr. Martin Schmidt - Markus Knopf - Jörg Zentgraf. - Fixpunktsatz von Schauder -

14 Überlagerung einfacher Belastungsfälle

Institut für Stochastik Prof. Dr. N. Bäuerle Dipl.-Math. S. Urban

Übung zur Vorlesung. Informationstheorie und Codierung

1.1 Grundbegriffe und Grundgesetze 29

5. ZWEI ODER MEHRERE METRISCHE MERKMALE

wissenschaftliche Einrichtung elektronik

Übungen zur Vorlesung Physikalische Chemie 1 (B. Sc.) Lösungsvorschlag zu Blatt 2

Prof. Dr.- Ing. Herzig Vorlesung "Grundlagen der Elektrotechnik 1" 1etv3-4

AUFGABEN ZUR INFORMATIONSTHEORIE

Entgelte für die Netznutzung, Messung und Abrechnung im Gasverteilnetz

Frequenzverhalten passiver Netzwerke: Tiefpass, Hochpass und Bandpass

Institut für Technische Chemie Technische Universität Clausthal

Dynamik starrer Körper

TECHNISCHE UNIVERSITÄT CHEMNITZ FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

Die Kugel Lösungen. 1. Von einer Kugel ist der Radius bekannt. Berechne Volumen und Oberfläche der

Thema 7: Übungsaufgaben

Lehrstuhl für Empirische Wirtschaftsforschung und Ökonometrie Übung/Tutorate Statistik II: Schließende Statistik SS 2007

Übungen zur Vorlesung Physikalische Chemie 2 (B. Sc.) Lösungsvorschlag zu Blatt 6

Formeln und Aufgaben zur Rentenrechnung

Im Wöhlerdiagramm wird die Lebensdauer (Lastwechsel oder Laufzeit) eines Bauteils in Abhängigkeit von der Belastung dargestellt.

Wir betrachten in diesem Abschnitt Matrixspiele in der Maximierungsform, also endliche 2 Personen Nullsummenspiele der Gestalt

Grundlagen sportwissenschaftlicher Forschung Deskriptive Statistik

Transkript:

Aspete zur Approxmaton von Quadratwurzeln Intervallschachtelung Intervallhalberungsverfahren Heron-Verfahren Rechnersche und anschaulche Herletung Zusammenhang mt Newtonverfahren Monotone und Beschränthet der Näherungsfolge Konvergenzegenschaft des Heron-Verfahrens Flußdagramm zum Heron-Verfahren Tabellenalulaton(Exel) zum Heron-Verfahren Alternatves Verfahren mt Hlfe von Lösungen der Pellschen Glechung Bespel ener alternerenden Folge mt Grenzwert Intervallschachtelung für 1 < < da 1 < < 1,4 < < 1,5 da 1,4 = 1,96 < <,5 = 1.5 1,41 < < 1,4 da 1,41 = 1,9881 < <,0164 = 1,4... Intervallhalberungsverfahren für Es wrd en Intervall [a,b] mt a b bestmmt Vom Intervall [a,b] ausgehend wrd m = a + b gebldet. Wenn m² > st, wrd für das nächste Intervall b = a + b gesetzt, d.h. de obere Grenze des neuen Intervalls ergbt sch als arthmetsches Mttel der alten Grenzen. Andernfalls, d.h. wenn m² glt wrd a = a + b gesetzt. Das Verfahren wrd solange wederholt, bs de Länge des Intervalls [a,b] ene vorgegebene Größe ε unterschretet.

Heronverfahren: Das Verfahren st schon vor über 3000 Jahren be den sumerschen Mathematern (ca. 000 v. Chr.) beannt und nach Heron von Alexandra (ca. 75 v. Chr) benannt. Rechnersche Herletung : Bestmme de (postve) Lösung der Glechung x = Es glt: x = 1 + d, wobe d de Dfferenz zwschen dem Näherungswert 1 und der unbeannten Lösung x st. Somt folgt: x = (1 + d) = 1 + d + d.= Wenn d genügend len st, ann d gegenüber d vernachlässgt werden und wr erhalten aus 1+d = den Wert d = 1 und somt den Näherungswert x = 3 Aus dem Ansatz x = 3 17 + d ergbt sch entsprechend x =. Das Verfahren ergbt mmer bessere 1 Näherungsbrüche für. Allgemen ergbt das Näherungsverfahren für : x 1 = x 0 + d, also (x 0 + d 1 ) = und somt x 0 + x 0 d 1 + d 1 = 0 Wenn d 1 vernachlässgbar len st, glt näherungswese: d 1 = x x 0 und wegen x 1 = x 0 + d 1 folgt : x 1 = 1 (x 0 + x 0 ) Anschaulche Herletung für das Heronverfahren : Aus enem Rechtec mt Flächennhalt, der Sete a und deren Partnersete b (= ) st schrttwese! a en Quadrat herzustellen. De neue Rechtecsete entsteht jewels durch Bldung des arthmetschen Mttels aus zu lener und zu großer Sete. x 0 = a ; y 0 = b = a und somt: x 1 = 1 (x 0 + x 0 ) ; y 1 = x 1 allgemen: x neu = 1 (x alt + x alt ) oder x n+1 = 1 (x n + x n ) (Hnwes: Durch ene Konstruton mt dem Höhensatz wrd en Rechtec n enem Schrtt n das dazu flächennhaltsgleche Quadrat verwandelt.)

Auf Grund der Flächenglechhet m Ergänzungsrechtec ann das Verfahren we folgt veranschaulcht werden. X 0 Y 0 X 1 Y 1 X Y Egenschaften der Approxmaton Se x 0 > > x 0. 1) Dann glt: x > d.h. x > für alle ; d.h. de Näherungsfolge st beschränt. Zege: Aus x > folgt x +1 > (x - ) 0 x + x + 0 x + x x + x 1 (x + x ) ) x +1 < x für alle ; d.h. de Folge der Näherungswerte st monoton fallend. Begründung: Es glt: x - x > 0 x - x - x > 0 x - 1 (x + x ) > 0 x - x +1 > 0 Wegen x 0 > > x 0 st somt de folge der Näherungswerte fallend. 3) Das Heronverfahren st en Sonderfall des Newtonverfahrens für f(x) = x -, x > 0 x +1 = x - f ( x ) f '( x ) ; x +1 = x - x x = 1 (x + x )

4) Das Heronverfahren ann mt arthmetschem, geometrschem und harmonschem Mttel beschreben werden: x +1 = A(x, x ) ; y +1 = x +1 = x + y = x y x + y = H(x, y ) Das harmonsche Mttel wrd z.b. be der Berechnung von Durchschnttsgeschwndgeten verwendet. x = x y o 0 = G(x 0, y 0 ) Das geometrsche Mttel wrd z.b. be der Berechnung des durchschnttlchen Znssatzes verwendet. 5) Konvergenz des Verfahrens: Für den relatven Fehler e m -ten Schrtt glt: e = x Somt st x = (1 + e ) Aus x +1 = 1 ((1+e ) + ( 1+ e ) ) folgt x +1 = ( ( 1 ) + e + 1 ) = 1+ e ( + e 1+ e e ) = ( 1 + ) ( 1+ e ) Somt glt: e +1 = e ( 1+ e ) und daher e +1 < e. Das Heronverfahren zegt somt quadratsche Konvergenz.

Flußdagramm zum Heronverfahren Start Engabe von, x 0, ε Setze x n = x 0 Berechne x n+1 = 1 (x n + x n ) Setze x n = x n+1 x n+1 - x n < ε Nen? Ja Ausgabe, x n, ε Ende Tppfolge zum Heronverfahren mt Taschenrechner Startwert x 0 ; + 1/x * = : = n - mal

Heronverfahren mt enem Tabellenalulatonsprogramm (Excel) Heron-Verfahren: Wurzel aus 0 Schrtt Näherungswert Partnersete Fehler Quadrat 0 0 1 10,5 1,904761905 8,59538095 110,5 6,038095 3,4568138,97781814 38,4695948 3 4,713474545 4,43154346 0,4703000,16849 4 4,478314445 4,465965989 0,01348457 0,0553007 5 4,4714017 4,47131693 0,00000854 0,0000381 6 4,47135955 4,47135955 0,000000000 0 Wurzel aus 0 st 4,47135955 A B C D E Heron-Verfahren: Wurzel aus 0 Schrtt Näherungswert Partnersete Fehler Quadrat 0 = D1 1 = 0,5 * (B6+ $D$1/B6) = $D$1/B7 =B7- C7 = B7 *B7 =A7 +1 = 0,5 * (B7+ $D$1/B7) = $D$1/B8 =B8- C8 = B8 *B8 =A8 +1 = 0,5 * (B8+ $D$1/B8) = $D$1/B9 =B9- C9 = B9 *B9 =A9 +1 = 0,5 * (B9+ $D$1/B9) = $D$1/B10 =B10- C10 = B10 *B10 =A10 +1 = 0,5 * (B10+ $D$1/B10) = $D$1/B11 =B11- C11 = B11 *B11 =A11 +1 = 0,5 * (B11+ $D$1/B11) = $D$1/B1 =B1- C1 = B1 *B1 Wurzel aus = $D$1 st = B1

Approxmaton von mt der Glechung Z = N +1 (Pellsche Glechung) Für große Werte von Z und N lefert dese Glechung: Z N =, d.h. der Bruch Z N lefert enen Näherungswert für Hat man für de Glechung ene (nchttrvale) Lösung gefunden, so ann mt den folgenden Reursonsformeln ene größere Lösung angegeben werden. I) N n+1 = N n Z n II) Z n+1 = N n + 1 (= Z n -1) Begründung: Ersetzt man n Z = N +1 Z durch Z = Z - 1 und N durch N = N Z so erhält man: (Z -1 ) = (NZ) +1 4Z 4-4Z +1 = 4N Z +1 Z - 1 = N Z = N +1 Bespele für Startwerte zu gegebenem : 3 5 6 7 8 10 11 1 13 14 Z 0 / N 0 3 / /1 9/4 5/ 8/3 3/1 19/6 10/3 7/ 649/180 15/4 Bespel: Für ergbt sch mt dem Startwert (3/) de Folge: (3 / ) ; (17 / 1) ; (577 / 408) ; (665857 / 47083) ;... Der Bruch 665857 47083 Hnwes: Wegen - Z N onvergert de Näherungsfolge. = 1,414136 stmmt mt auf 7 Nachommastellen überen. ( Z Z Z )( + ) = N N N = 1 N

Bespel für ene alternerende Folge de gegen onvergert x n+1 = x n + + 1 ; x 0 > 0 Aus < x n < x n folgt: x n + < x n x n +4 x n +4 < x n + 4x n + (x n + ) < (x n +1) + ( ) <, d.h. x n+1 < x + 1 n Entsprechend folgt aus > x n de Unglechung < x n+1. Der Abstand der Folgegleder zu nmmt n jedem Schrtt ab. Begründung: x n - > x n + + 1 -, d.h. z.b. x n - > - x n + + 1 > 0 De wahre Aussage 1 > - 1 > 1 für x x n + 1 n > 0 1 > 1 * (x n - ) x n + 1 > 0 x n - > - x n + + 1 ann zu x n - > - x n+1 äquvalent umgeformt werden.