Enunciado

Estime o número mínimo de subintervalos necessários para aproximar a integral:

∫ - 1 1 ( t 3 + 1 ) d t

com um erro de magnitude inferior a 10 - 4 através da:

  1. Regra do trapézio
  2. Regra de Simpson

Passo 1

A integral numérica serve para que calculemos a solução de uma integral cuja primitiva não tem forma elementar. Para isso, dividimos o intervalo dado em subintervalos e aplicamos regras que aproximem o resultado para o valor real da integral. Para sabermos quantos subintervalos são necessários, usamos as seguintes equações:

  1. Para o critério de parada da regra do trapézio temos a equação:
  2. E T ≤ M b - a 3 12 n 2

    Sendo M = f ' ' c , estando c contido no intervalo, [ a ,   b ] os limites do intervalo e n o número de subintervalos. Para descobrirmos o número de subintervalos, substituímos a condição que: E T < 10 - 4 , que é o critério de parada, e isolamos n.

    M b - a 3 12 n 2 < 1 10 4

    Invertendo as frações e o sinal da inequação, temos:

    12 n 2 M b - a 3 > 10 4

    n > 10 4 × M b - a 3 12 1 2

  3. De forma análoga, a fórmula de erro para a regra de Simpson é:

E S ≤ M b - a 5 180 n 4

Isolando da mesma forma que no passo anterior, teremos:

n > 10 4 × M b - a 5 180 1 4

Com a diferença de que M será f i v c

Passo 2

Solucionando o item a:

Calculando o valor de M, com t igual ao limite superior, teremos:

M = f ' ' 1 = 6 × 1 = 6

Substituindo na equação do erro da Regra do trapézio:

10 4 × 6 × 1 - ( - 1 ) 3 12 1 2 = 10 4 × 8 × 6 12 = 40000 = 200

Como n > 200 , usamos n = 201 .

Passo 3

Solucionando o item b:

Calculando o valor de M, com t igual ao limite superior, teremos:

M = f i v 1 = 0

Substituindo na equação do erro da Regra do trapézio:

10 4 × 0 × 1 - ( - 1 ) 5 180 1 4 = 0

Temos apenas uma particularidade para o valor de n, uma vez que, por trabalhar usando parábolas para aproximar valores, é necessário que n , seja par. Logo:

n > 0   e   p a r

n = 2

Resposta

a )   n = 201

b )   n = 2

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

A instrução para a integral ∫ 0 2 ( t 3 + t )d t , têm duas partes, uma para a regra do trapézio e uma para a regra de Simpson.
A instrução para a integral ∫ 0 π s e ntd t , têm duas partes, uma para a regra do trapézio e uma para a regra de Simpson.
A instrução para a integral ∫ 2 4 1 s - 1 2d s , têm duas partes, uma para a regra do trapézio e uma para a regra de Simpson.
37- Use a integração numérica para estimar o valor de s e n - 1 0.6 = ∫ 0 0.6 d x 1 - x 2 Para referência, s e n - 1 0.6 = 0.64350 , com a precisão de cinco casas decimais.
38- Use a integração numérica para estimar o valor de π = 4 ∫ 0 1 1 1 + x 2 d x