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Cálculo Numérico - Versão Python
8.4 Fórmulas de diferenças finitas
Veremos nessa seção uma outra maneira de obter fórmulas de diferenças
finitas para derivadas de qualquer ordem de tal forma que elas possuam alta
ordem de precisão.
Dados
pontos ,
queremos obter uma aproximação para a derivada de
calculada
em
do tipo
que seja exata para polinômios até ordem
.
Seja o polinômio
de ordem que
aproxima .
Fixe a base .
Como a regra (8.62) deve ser exata para qualquer
até
ordem ,
então também deve ser exata para qualquer função da base. Substituindo
por
em
(8.62) obtemos
Da mesma forma para ,
obtemos
que pode ser escrito na forma matricial
Resolvendo o sistema, obtemos os coeficientes
para
a regra de diferenciação.
Exemplo 8.4.1.Sejam
e ,
obtenha uma regra de diferenciação para aproximar .
Solução. A regra terá a forma
(8.72)
Considere a base polinomial
e substitua
por
obtendo
que pode ser escrito na forma matricial
Resolvendo o sistema, obtemos
fornecendo a regra
Exercícios resolvidos
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Exercícios
E 8.4.1.Seja
e ,
obtenha uma regra unilateral de diferenciação para aproximar .
E 8.4.2.Seja
e ,
obtenha uma regra de diferenciação para aproximar .
Resposta.
E 8.4.3.Seja
e ,
obtenha uma regra de diferenciação para aproximar .
E 8.4.4.Seja
e ,
obtenha uma regra de diferenciação para aproximar .
E 8.4.5.Seja
e ,
obtenha uma regra de diferenciação para aproximar .