Enunciado

A instrução para a integral ∫ 0 1 s e n   π t   d t , têm duas partes, uma para a regra do trapézio e uma para a regra de Simpson.

Passo 1

Para a realização desta questão é pertinente que relembremos a regra do trapézio e a regra de Simpson para integrais.

A regra do trapézio utiliza de trapézios no lugar de retângulos para estimar uma integral definida f, de a até b. Além disso, calculamos T no lugar da integral f, sendo T dado por:

T = ∆ x 2 (y0 + 2y1 + 2y2 + ... + 2yn-1 + yn)

A regra de Simpson utiliza um sistema de troca parecido, no entanto, são usadas parábolas. E para o seu cálculo apresentamos a letra S no lugar da integral f, sendo S dado por:

S = ∆ x 3   (y0 + 4y1 + 2y2 + 4y3 + ... + 2yn-2 + 4yn-1 + yn)

OBS: O tamanho da malha (comprimento do subintervalo), é relacionado por: ∆ x = (b – a)/n

Passo 2

| ET | ≤   ( b - a ) 12 m( ∆ x ) 2.

(a) ∆ x = ( 1   –   0 ) 4 = 1 4

T = 1 / 4 2 (0 + 2 * 2 2 + 2 * 1 + 2 *   2 2 + 0)

T = 1 8 (0 + 2 + 2 + 2 + 0)

T = 1 8 (2+ 2 ) ≈ 0,60355

f(t) = sen π t => f’(t) = π   cos π t => f”(t) = - π 2 sen π t;

Logo o M = f”(t3) = - π 2 sen π 1 2 = π 2 e | ET | ≤   ( 1 - 0 ) 12 π 2 1 4 2 ≈ 0,05140

OBS : O limite superior é um valor do “pior caso”, de modo que | f”(x) | ≤ M em [a,b]. E para determiná-lo substituímos o xi que levaria ao maior valor correspondente na segunda derivada.

Para a letra (b), devemos calcular a integral de forma direta (aplicada na fórmula tradicional), e encontrar | ET | ( p e l a   f ó r m u l a   | ET | = ∫ a b f ( x )   d x – T).

(b) ∫ 0 1 s e n   π t   d t

= - cos ⁡ π t π 0 1

        = - cos ⁡ π π - - cos ⁡ 0 π

= 2 π

| ET | = ( ∫ 0 1 s e n   π t   d t ) – T = 2 π – 0,60355 = 0,03307

Em relação a letra (c), precisamos somente aplicar a fórmula administrada.

(c) | E T |   ( V a l o r   r e a l ) * 100 = 0,03307 2 / π * 100 ≈ 5%

Passo 3

| ES | ≤   ( b - a ) 180 m( ∆ x ) 4.

(a) ∆ x = ( 1   –   0 ) 4 = 1 4

S = 1 / 4 2 (0 + 4 * 2 2 + 2 * 1 + 4 *   2 2 + 0)

S = 1 12   (0 + 2 2 + 2 + 2 2 + 0)

S = 1 12 (2+ 4 2 ) 0,63807

f(t) = sen π t => f’(t) = π   cos π t => f”(t) = - π 2 sen π t => f(4)(t) = π 4 sen π t

Logo o M = f(4)(t3) = π 4 sen π * 1 2 = π 4 e | ES | ≤   ( 1 - 0 ) 180 π 4 1 4 4 ≈ 0,00211

OBS : O limite superior é um valor do “pior caso”, de modo que | f(4)(x) | ≤ M em [a,b]. E para determiná-lo substituímos o xi que levaria ao maior valor correspondente na quarta derivada.

Para a letra (b), devemos calcular a integral de forma direta (aplicada na fórmula tradicional), e encontrar | ES | ( p e l a   f ó r m u l a   | ES | = ∫ a b f ( x ) d x – S).

(b) ∫ 0 1 s e n   π t   d t

= - cos ⁡ π t π 0 1

        = - cos ⁡ π π - - cos ⁡ 0 π

= 2 π

| ES | = ( ∫ 0 1 s e n   π t   d t ) – S = 2 π -   0,63807 - 0,00145 = 0,00145

Em relação a letra (c), precisamos somente aplicar a fórmula administrada.

(c) | E S |   ( V a l o r   r e a l ) * 100 = 0,00145 2 / π * 100 ≈ 0%

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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