Exercícios Resolvidos de Método de Newton-Raphson

Richard L. Burden e J. Douglas Faires, Numerical Analysis, 9ª ed. Brooks/Cole, Cengage Learning, pag 75, exercício 6 adaptado

Use o Método de Newton para encontrar soluções com precisão de 10 - 5 para os seguintes problemas:

a e x + 2 - x + 2 cos x - 6 = 0 para 1 x 2

b 2 x cos 2 x - x - 2 2 = 0 para 2 x 3 e 3 x 4

c x - 2 2 - ln x = 0 para 1 ��� x 2 e e x 4

d e x - 3 x 2 = 0 para 0 x 1 e 3 x 5

Passo 1

a Intervalo 1,2

Cálculos Iniciais

f x = e x + 2 - x + 2 cos x - 6

f ' x = e x - 2 - x ln 2 - 2 sin x

g x = x - e x + 2 - x + 2 cos x - 6 e x - 2 - x ln 2 - 2 sin x

x 0 = 2

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 1.850521

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.149479 > 10 - 5

f x 1 = 0.088245 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 1.850521

ε 1 = ε 2 = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 1.829751

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.02077 > 10 - 5

f x 2 = 0.001508 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 1.829751

ε 1 = ε 2 = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 1.829384

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 0.000367 > 10 - 5

f x 3 = 4.6 10 - 7 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 1.829384 .

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

b Intervalo 2,3

Cálculos Iniciais

f x = 2 x cos 2 x - x - 2 2

f ' x = - 2 x - 4 x sin 2 x + 2 cos 2 x + 4

g x = x - 2 x cos 2 x - x - 2 2 - 2 x - 4 x sin 2 x + 2 cos 2 x + 4

x 0 = 2

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 2.550769

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.550769 > 10 - 5

f x 1 = 1.632185 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 2.550769

ε = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 2.371359

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.179411 > 10 - 5

f x 2 = 0.005908 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 2.371359

ε = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 2.370687

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 0.000671 > 10 - 5

f x 3 = 1.2 10 - 6 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 2.371359 .

Passo 3

b Intervalo 3,4

Cálculos Iniciais

f x = 2 x cos 2 x - x - 2 2

f ' x = - 2 x - 4 x sin 2 x + 2 cos 2 x + 4

g x = x - 2 x cos 2 x - x - 2 2 - 2 x - 4 x sin 2 x + 2 cos 2 x + 4

x 0 = 4

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 3.743349

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.256651 > 10 - 5

f x 1 = 0.350935 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 3.743349

ε = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 3.72239

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.02096 > 10 - 5

f x 2 = 0.004513 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 3.72239

ε = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 3.722113

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 0.000277 > 10 - 5

f x 3 = 8.1 10 - 7 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 3.722113 .

Passo 4

c Intervalo 1,2

Cálculos Iniciais

f x = x - 2 2 - ln x

f ' x = 2 x - 1 x - 4

g x = x - x - 2 2 - ln x 2 x - 1 x - 4

x 0 = 1

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 1.333333

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.333333 > 10 - 5

f x 1 = 0.156762 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 1.333333

ε = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 1.408579

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.075246 > 10 - 5

f x 2 = 0.007197 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 1.408579

ε = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 1.412382

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 0.003802 > 10 - 5

f x 3 = 1.8 10 - 5 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 3 = 1.412382

ε = 10 - 5

Iteração 4 :

x 4 = g x 3 = 1.412391

Critério de Parada:

x 4 - x 3 = 9.6 10 - 6 < 10 - 5

f x 4 = 1.1 10 - 10 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 1.412391 .

Passo 5

c Intervalo e , 4

Cálculos Iniciais

f x = x - 2 2 - ln x

f ' x = 2 x - 1 x - 4

g x = x - x - 2 2 - ln x 2 x - 1 x - 4

x 0 = 4

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 3.303012

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.696988 > 10 - 5

f x 1 = 0.503005 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 3.303012

ε = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 3.084624

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.218387 > 10 - 5

f x 2 = 0.04998 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 3.084624

ε = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 3.057536

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 0.027089 > 10 - 5

f x 3 = 0.000773 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 3 = 3.057536

ε = 10 - 5

Iteração 4 :

x 4 = g x 3 = 3.057104

Critério de Parada:

x 4 - x 3 = 0.000432 > 10 - 5

f x 4 = 2 10 - 7 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 3.057104 .

Passo 6

d Intervalo 0,1

Cálculos Iniciais

f x = e x - 3 x 2

f ' x = e x - 6 x

g x = x - e x - 3 x 2 e x - 6 x

x 0 = 1

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 0.914155

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.085845 > 10 - 5

f x 1 = 0.012373 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 0.914155

ε = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 0.910017

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.004137 > 10 - 5

f x 2 = 3 10 - 5 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 0.910017

ε = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 0.910008

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 1.01 10 - 5 > 10 - 5

f x 3 = 1.8 10 - 10 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 0.910008 .

Passo 7

d Intervalo 3,5

Cálculos Iniciais

f x = e x - 3 x 2

f ' x = e x - 6 x

g x = x - e x - 3 x 2 e x - 6 x

x 0 = 4

ε = 10 - 5

Iteração 1 :

x 1 = g x 0 = 3.784361

Critério de Parada:

x 1 - x 0 = 0.215639 > 10 - 5

f x 1 = 1.043379 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 1 = 3.784361

ε = 10 - 5

Iteração 2 :

x 2 = g x 1 = 3.735379

Critério de Parada:

x 2 - x 1 = 0.218387 > 10 - 5

f x 2 = 0.04998 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 2 = 3.735379

ε = 10 - 5

Iteração 3 :

x 3 = g x 2 = 3.733084

Critério de Parada:

x 3 - x 2 = 0.002295 > 10 - 5

f x 3 = 9.5 10 - 5 > 10 - 5

Como não alcançamos o critério de parada continuamos as iterações.

x 3 = 3.733084

ε = 10 - 5

Iteração 4 :

x 4 = g x 3 = 3.733079

Critério de Parada:

x 4 - x 3 = 4.9 10 - 6 < 10 - 5

f x 4 = 4.2 10 - 10 < 10 - 5

Alcançamos nosso critério de parada. Então x - = 3.733079 .

Resposta

a Intervalo 1,2 : x - = 1.829384

b Intervalo 2,3 : x - = 2.371359

Intervalo 3,4 : x - = 3.722113

c Intervalo 1,2 : x - = 1.412391

Intervalo e , 4 : x - = 3.057104

d Intervalo 0,1 : x - = 0.910008

Intervalo 3,5 : x - = 3.733079

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