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Méthodes numériques II (cours du 5 janv. 2016)

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(1)

Méthodes numériques II (cours du 5 janv. 2016)

François Cuvelier

Laboratoire d'Analyse Géométrie et Applications Institut Galilée

Université Paris XIII.

2017/01/02

2017/01/02 1 / 55

(2)

Divers

‚ Volume horaire : 8 ˆ 3h cours/TD, 2 ˆ 8h TP.

‚ Prérequis des cours :

§ Cours commun Mathématiques pour l'ingénieur (L. El Alaoui), ...

§ Algorithmique

§ Langage de programmation : Matlab/Octave

‚ Note nale : pP

1

` P

2

` TP q{3 si possible.

§ P1 : partiel 1 du 7 février 2017 (1h30/2h00),

§ P2 : partiel 2 du 21 mars 2017 (1h30/2h00),

§ TP : travaux pratiques en mai et juin.

2017/01/02 2 / 55

(3)

Objectifs

‚ Algorithmique numérique.

‚ Poursuite de l'apprentissage de Matlab/Octave.

‚ Résolution numériques d'équations diérentielles ordinaires (E.D.O.[fr]

ou O.D.E.[en]).

‚ Résolution numériques d'équations aux dérivées partielles (E.D.P.[fr]

ou P.D.E.[en]) par des méthodes de diérences nies.

2017/01/02 3 / 55

(4)

Plan du cours

Chapitre I : Algorithmique numérique Chapitre II : Dérivation numérique

Chapitre III : Résolution numérique des E.D.O.

Chapitre IV : Résolution numérique des E.D.P.

2017/01/02 4 / 55

(5)

Part I

Algorithmique numérique

2017/01/02 5 / 55

(6)

Plan

1

Introduction

2

Pseudo-langage algorithmique

3

Méthodologie de construction

4

Pseudo-langage algorithmique (suite)

5

Histoire de ponts

Introduction 2017/01/02 6 / 55

(7)

Dénition

Denition 1.1 (Petit Robert 97)

Algorithmique : Enchaînement d'actions nécessaires à l'accomplissement d'une tâche.

Introduction 2017/01/02 7 / 55

(8)

Exemple 1 : permutation

Nous voulons permutter deux voitures sur un parking de trois places numérotées de 1 à 3 et ceci sans géner la circulation.

La première voiture, une Saxo, est sur l'emplacement 2 , la seconde, une Clio, est sur l'emplacement 3 .

Donner un algorithme permettant de résoudre cette tâche.

Introduction 2017/01/02 8 / 55

(9)

Exemple 2 : équation du premier degré

Donner un algorithme permettant de résoudre ax “ b

Introduction 2017/01/02 9 / 55

(10)

Caractéristiques d'un bon algorithme

‚ Il ne soure d'aucune ambiguité ñ très clair.

‚ Combinaison d'opérations (actions) élémentaires.

‚ Pour toutes les données d'entrée, l'algorithme doit fournir un résultat en un nombre ni d'opérations.

Introduction 2017/01/02 10 / 55

(11)

Première approche méthodologique

Etape 1 : Dénir clairement le problème.

Etape 2 : Rechercher une méthode de résolution (formules, ...) Etape 3 : Ecrire l'algorithme (par ranement successif pour des

algorithmes compliqués).

Introduction 2017/01/02 11 / 55

(12)

Première approche méthodologique

Etape 1 : Dénir clairement le problème.

Etape 2 : Rechercher une méthode de résolution (formules, ...)

Etape 3 : Ecrire l'algorithme (par ranement successif pour des algorithmes compliqués).

Introduction 2017/01/02 11 / 55

(13)

Première approche méthodologique

Etape 1 : Dénir clairement le problème.

Etape 2 : Rechercher une méthode de résolution (formules, ...) Etape 3 : Ecrire l'algorithme (par ranement successif pour des

algorithmes compliqués).

Introduction 2017/01/02 11 / 55

(14)

Plan

1

Introduction

2

Pseudo-langage algorithmique Les bases

Les instructions structurées

3

Méthodologie de construction

4

Pseudo-langage algorithmique (suite)

5

Histoire de ponts

Pseudo-langage algorithmique 2017/01/02 12 / 55

(15)

Vocabulaire de base

‚ constantes,variables,

‚ opérateurs (arithmétiques, relationnels, logiques),

‚ expressions,

‚ instructions (simples et composées),

‚ fonctions.

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 13 / 55

(16)

Données et constantes

‚ Donnée ñ introduite par l'utilisateur

‚ Constante ñ symbole, identicateur non modiable

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 14 / 55

(17)

Variables

Denition 2.1

Une variable est un objet dont la valeur est modiable, qui possède un nom et un type (entier, caractère, réel, complexe, tableau, matrice, vecteur...).

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 15 / 55

(18)

Opérateurs arithmétiques

Nom Symbole Exemple

addition ` a ` b

soustraction ´ a ´ b

opposé ´ ´a

produit ˚ a ˚ b

division { a{b

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 16 / 55

(19)

Opérateurs relationnels

Nom Symbole Exemple

identique ““ a ““ b

diérent „“ a „“ b

inférieur ă a ă b

supérieur ą a ą b

inférieur ou égal ă“ a ă“ b supérieur ou égal ą“ a ą“ b

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 17 / 55

(20)

Opérateurs logiques

Nom Symbole Exemple

négation „ „ a

ou | a|b

et & a&b

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 18 / 55

(21)

Opérateur d'aectation

Nom Symbole Exemple

aectation Ð a Ð b

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 19 / 55

(22)

Expressions

Denition 2.2

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression numérique

pb ˚ b ´ 4 ˚ a ˚ c q{p2 ˚ aq Opérandes ñ identiants a , b , c ,

constantes 4 et 2 . Opérateurs ñ symboles ˚, ´ et {

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 20 / 55

(23)

Expressions

Denition 2.2

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression numérique

pb ˚ b ´ 4 ˚ a ˚ c q{p2 ˚ aq

Opérandes ñ identiants a , b , c , constantes 4 et 2 . Opérateurs ñ symboles ˚, ´ et {

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 20 / 55

(24)

Expressions

Denition 2.2

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression numérique

pb ˚ b ´ 4 ˚ a ˚ c q{p2 ˚ aq Opérandes ñ identiants a , b , c ,

constantes 4 et 2.

Opérateurs ñ symboles ˚, ´ et {

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 20 / 55

(25)

Expressions

Denition 2.2

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression numérique

pb ˚ b ´ 4 ˚ a ˚ c q{p2 ˚ aq Opérandes ñ identiants a , b , c ,

constantes 4 et 2.

Opérateurs ñ symboles ˚, ´ et {

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 20 / 55

(26)

Expressions

Denition 2.3

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression booléenne

px ă 3 . 14q

Opérandes ñ identiants x et contantes 3.14 Opérateurs ñ symboles ă

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 21 / 55

(27)

Expressions

Denition 2.3

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression booléenne

px ă 3 . 14q

Opérandes ñ identiants x et contantes 3.14

Opérateurs ñ symboles ă

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 21 / 55

(28)

Expressions

Denition 2.3

Une expression est un groupe d'opérandes (i.e. nombres, constantes, variables, ...) liées par certains opérateurs pour former un terme algébrique qui représente une valeur (i.e. un élément de donnée simple)

Exemple d'expression booléenne

px ă 3 . 14q

Opérandes ñ identiants x et contantes 3.14 Opérateurs ñ symboles ă

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 21 / 55

(29)

Instructions

Denition 2.4

Une instruction est un ordre ou un groupe d'ordres qui déclenche l'exécution de certaines actions par l'ordinateur. Il y a deux types d'instructions : simple et structuré.

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 22 / 55

(30)

Instructions simples

‚ aectation d'une valeur a une variable.

‚ appel d'une fonction (procedure, subroutine, ... suivant les langages).

Pseudo-langage algorithmique Les bases 2017/01/02 23 / 55

(31)

Instructions structurées

1

les instructions composées, groupe de pulsieurs instructions simples,

2

les instructions répétitives, permettant l'exécution répétée d'instructions simples, (i.e. boucles pour, tant que)

3

les instructions conditionnelles, lesquels ne sont exécutées que si une certaine condition est respectée (i.e. si)

Pseudo-langage algorithmique Les instructions structurées 2017/01/02 24 / 55

(32)

Exemple : boucle pour

Algorithme 1 Exemple boucle pour Données : n : un entier positif

1:

S Ð 0

2:

Pour i Ð 1 à n faire

3:

S Ð S ` cospi ˆ 2q

4:

Fin Pour

Mais que fait-il?

Calcul de S “ ÿ

n

i1

cospi

2

q

Pseudo-langage algorithmique Les instructions structurées 2017/01/02 25 / 55

(33)

Exemple : boucle pour

Algorithme 2 Exemple boucle pour Données : n : un entier positif

1:

S Ð 0

2:

Pour i Ð 1 à n faire

3:

S Ð S ` cospi ˆ 2q

4:

Fin Pour

Mais que fait-il?

Calcul de S “ ÿ

n

i1

cospi

2

q

Pseudo-langage algorithmique Les instructions structurées 2017/01/02 25 / 55

(34)

Exemple : boucle tant que

1:

i Ð 0 , x Ð 1

2:

Tantque i ă 1000 faire

3:

x Ð x ` i ˚ i

4:

i Ð i ` 1

5:

Fin Tantque Mais que fait-il?

Calcul de x “ 1 `

999

ÿ

i0

i ˆ 2

Pseudo-langage algorithmique Les instructions structurées 2017/01/02 26 / 55

(35)

Exemple : boucle tant que

1:

i Ð 0 , x Ð 1

2:

Tantque i ă 1000 faire

3:

x Ð x ` i ˚ i

4:

i Ð i ` 1

5:

Fin Tantque Mais que fait-il?

Calcul de x “ 1 `

999

ÿ

i0

i ˆ 2

Pseudo-langage algorithmique Les instructions structurées 2017/01/02 26 / 55

(36)

Exemple : instructions conditionnelles si

Données : age : un réel.

1:

Si age ą“ 18 alors

2:

ache('majeur')

3:

Sinon Si age ą“ 0 alors

4:

ache('mineur')

5:

Sinon

6:

ache('en devenir')

7:

Fin Si

Pseudo-langage algorithmique Les instructions structurées 2017/01/02 27 / 55

(37)

Plan

1

Introduction

2

Pseudo-langage algorithmique

3

Méthodologie de construction Principe

Exercices

4

Pseudo-langage algorithmique (suite)

5

Histoire de ponts

Méthodologie de construction 2017/01/02 28 / 55

(38)

Description du problème

‚ Spécication d'un ensemble de données

Origine : énoncé, hypothèses, sources externes, ...

‚ Spécication d'un ensemble de buts à atteindre Origine : résultats, opérations à eectuer, ...

‚ Spécication des contraintes

Méthodologie de construction Principe 2017/01/02 29 / 55

(39)

Recherche d'une méthode de résolution

‚ Clarier l'énoncé.

‚ Simplier le problème.

‚ Ne pas chercher à le traiter directement dans sa globalité.

‚ S'assurer que le problème est soluble (sinon problème d'indécidabilité!)

‚ Recherche d'une stratégie de construction de l'algorithme

‚ Décomposer le problème en sous problèmes partiels plus simples : ranement.

‚ Eectuer des ranements successifs.

‚ Le niveau de ranement le plus élémentaire est celui des instructions.

Méthodologie de construction Principe 2017/01/02 30 / 55

(40)

Réalisation d'un algorithme

‚ Le type des données et des résultats doivent être précisés.

‚ L'algorithme doit fournir au moins un résultat.

‚ L'algorithme doit être exécuté en un nombre ni d'opérations.

‚ L'algorithme doit être spécié clairement, sans la moindre ambiguïté.

Méthodologie de construction Principe 2017/01/02 31 / 55

(41)

Exercices

Exercise 3.1

On cherche les solutions réelles de l'équation

ax

2

` bx ` c “ 0 , (1)

en supposant que a P R

˚

, b P R et c P R sont donnés.

Ecrire un algorithme permettant de résoudre cette équation.

Méthodologie de construction Exercices 2017/01/02 32 / 55

(42)

Exercices

Exercise 3.2

Ecrire un algorithme permettant de calculer Spx q “

ÿ

n

k1

k sinp2 ˚ k ˚ x q

Méthodologie de construction Exercices 2017/01/02 33 / 55

(43)

Exercices

Exercise 3.3

Ecrire un algorithme permettant de calculer P pz q “

ź

k

n1

sinp2 ˚ k ˚ z{nq

k

Méthodologie de construction Exercices 2017/01/02 34 / 55

(44)

Exercices

Exercise 3.4

Reprendre les quatre exercices précédants en utilisant les boucles tant que.

Méthodologie de construction Exercices 2017/01/02 35 / 55

(45)

Plan

1

Introduction

2

Pseudo-langage algorithmique

3

Méthodologie de construction

4

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions

Exemple : résolution d'une équation

Exemple : résolution d'une équation du second degré

5

Histoire de ponts

Pseudo-langage algorithmique (suite) 2017/01/02 36 / 55

(46)

Les fonctions

Les fonctions permettent

‚ d'automatiser certaines tâches répétitives au sein d'un même algorithme,

‚ d'ajouter à la clarté de la l'algorithme,

‚ l'utilisation de portion de code dans un autre algorithme,

‚ ...

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions 2017/01/02 37 / 55

(47)

Les fonctions prédénies

‚ les fonctions d'achage et de lecture : Ache, Lit

‚ les fonctions mathématiques :

sin , cos , exp , ¨ ¨ ¨

‚ les fonctions de gestion de chiers

‚ ...

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions 2017/01/02 38 / 55

(48)

Les fonctions prédénies

‚ les fonctions d'achage et de lecture : Ache, Lit

‚ les fonctions mathématiques :

sin , cos , exp , ¨ ¨ ¨

‚ les fonctions de gestion de chiers

‚ ...

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions 2017/01/02 38 / 55

(49)

Les fonctions prédénies

‚ les fonctions d'achage et de lecture : Ache, Lit

‚ les fonctions mathématiques :

sin , cos , exp , ¨ ¨ ¨

‚ les fonctions de gestion de chiers

‚ ...

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions 2017/01/02 38 / 55

(50)

Ecrire ses propres fonctions

1

Que doit-on calculer/réaliser précisement (but)?

2

Quelles sont les données (avec leurs limitations)?

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions 2017/01/02 39 / 55

(51)

Syntaxe

Fonction rargs

1

, . . . , args

n

s Ð NomFonction( arge

1

, . . . , arge

m

) instructions

Fin Fonction

Fonction args Ð NomFonction( arge

1

, . . . , arge

m

) instructions

Fin Fonction

Pseudo-langage algorithmique (suite) Les fonctions 2017/01/02 40 / 55

(52)

équation du premier degré

Ecrire une fonction permettant de résoudre ax ` b “ 0

‚ But :

trouver x P R solution de ax ` b “ 0 .

‚ Données :

a P R

˚

et b P R.

‚ Résultats :

x P R.

Pseudo-langage algorithmique (suite) Exemple : résolution d'une équation 2017/01/02 41 / 55

(53)

équation du premier degré

Ecrire une fonction permettant de résoudre ax ` b “ 0

‚ But :

trouver x P R solution de ax ` b “ 0 .

‚ Données :

a P R

˚

et b P R.

‚ Résultats :

x P R.

Pseudo-langage algorithmique (suite) Exemple : résolution d'une équation 2017/01/02 41 / 55

(54)

équation du premier degré

Ecrire une fonction permettant de résoudre ax ` b “ 0

‚ But :

trouver x P R solution de ax ` b “ 0 .

‚ Données : a P R

˚

et b P R.

‚ Résultats :

x P R.

Pseudo-langage algorithmique (suite) Exemple : résolution d'une équation 2017/01/02 41 / 55

(55)

équation du premier degré

Ecrire une fonction permettant de résoudre ax ` b “ 0

‚ But :

trouver x P R solution de ax ` b “ 0 .

‚ Données : a P R

˚

et b P R.

‚ Résultats : x P R.

Pseudo-langage algorithmique (suite) Exemple : résolution d'une équation 2017/01/02 41 / 55

(56)

équation du premier degré

Algorithme 3 Exemple de fonction : Résolution de l'équation du premier degré ax ` b “ 0 .

Données : a : nombre réel diérent de 0 b : nombre réel.

Résultat : x : un réel.

1:

Fonction x Ð REPD( a , b )

2:

x Ð ´b{a

3:

Fin Fonction

Pseudo-langage algorithmique (suite) Exemple : résolution d'une équation 2017/01/02 42 / 55

(57)

équation du second degré

On cherche les solutions réelles de l'équation

ax

2

` bx ` c “ 0 , (2)

Pour celà, on pose ∆ “ b

2

´ 4ac

‚ si ∆ ă 0 alors les deux solutions sont complexes,

‚ si ∆ “ 0 alors la solution est x “ ´

2ab

,

‚ si ∆ ą 0 alors les deux solutions sont x

1

´b´

?

2a

et x

2

´b´

? 2a

. Exercice

1

Ecrire la fonction discriminant permettant de calculer le discriminant de l'équation (2).

2

Ecrire la fonction RESD permettant de résoudre l'équation (2) en utilisant la fonction discriminant.

3

Ecrire un programme permettant de valider ces deux fonctions.

Pseudo-langage algorithmique (suite) Exemple : résolution d'une équation du

second degré 2017/01/02 43 / 55

(58)

Plan

1

Introduction

2

Pseudo-langage algorithmique

3

Méthodologie de construction

4

Pseudo-langage algorithmique (suite)

5

Histoire de ponts

Histoire de ponts 2017/01/02 44 / 55

(59)

Mais avant de pousuivre ...

(a)Pont de la Basse-Chaîne, Angers (1850)

(b)Takoma Narrows Bridge,

Washington (1940) (c)Millenium Bridge, London (2000) Figure : Une histoire de ponts

Histoire de ponts 2017/01/02 45 / 55

(60)

Part II

Dérivation numérique

2017/01/02 46 / 55

(61)

Denition 5.1

Soit N P N

˚

. On appelle discrétisation régulière de ra , bs à N pas ou N ` 1 points l'ensemble des points a ` nh , n P v0 , N w où le pas h est donné par h “ pb ´ aq{N .

On note t

n

“ a ` nh, n P v0, N w, une discrétisation régulière de ra, bs et pDy q

n

une approximation de y

1

pt

n

q. On appelle

‚ diérence nie progressive l'approximation pDy q

Pn

“ y pt

n`1

q ´ y pt

n

q

h , @n P v0, N ´ 1w (3)

‚ diérence nie rétrograde l'approximation pDy q

Rn

“ y pt

n

q ´ y pt

n´1

q

h , @n P v1 , N w (4)

‚ diérence nie centrée l'approximation pDy q

Cn

“ y pt

n`1

q ´ y pt

n´1

q

2h , @n P v1 , N ´ 1w (5)

2017/01/02 47 / 55

(62)

Proposition 5.2: Développement de Taylor

Soit f une application f :ra,bs ÝÑR.Si f PCr`1pra,bsqalors

‚ @px,yq P ra,bs2il existe unξPsx,yrtel que fpxq “fpyq `

ÿr k1

fpkqpyq

k! px´yqk`fpr`1qpξq

pr`1q!px´yqr`1 (6)

‚ @xP ra,bs,@hPR˚ vériant x`hP ra,bs,il existe ξPsminpx,x`hq,maxpx,x`hqrtel quel

fpx`hq “fpxq ` ÿr k1

fpkqpxq

k! hk`fpr`1qpξq

pr`1q!hr`1 (7)

2017/01/02 48 / 55

(63)

Exercise 5.1 Q.1 Soit yPC2pra,bsq.

1 Montrer qu'il existeηnPPstn,tn`1retηRnPstn´1,tnrtels que pDyqPnyp1qptnq `h

2yp2qnPq et

pDyqRn yp1qptnq ´h 2yp2qnRq

2 En déduire que

|yp1qptnq ´ pDyqPn| ďC1h, avec C11 2 max

tPrtn,tn`1s

|yp2qptq|

et

|y1ptnq ´ pDyqRn| ďC2h, avec C21 2 max

tPrtn´1,tns

|yp2qptq|

Q.2 Soit yPC3pra,bsq.

1 Montrer qu'il existeηn1Pstn,tn`1retη2nPstn´1,tnrtels que pDyqCn yp1qptnq ´h2

12pyp3qn1q `yp3qn2qq

2 En déduire que

|yp1qptnq ´ pDyqCn| ďEh2, avec E1 6 max

tPrtn´1,tn`1s|yp3qptq|

2017/01/02 49 / 55

(64)

Denition 5.3

Soit g une fonction. On dit que g se comporte comme un grand O de hq quand h tend vers 0 si et seulement si il existe H ą0 et C ą0 tel que

|gphq| ďChq, @hPs ´H,Hr.

On note alors gphq “Ophqq.

Denition 5.4

La diérence |y

1

pt

n

q ´ pDy q

n

| est appelée erreur de troncature au point t

n

. On dira que |y

1

pt

n

q ´ pDy q

n

| est d'ordre p ą 0 si il existe une constance C ą 0 telle que

|y

1

pt

n

q ´ pDy q

n

| ď Ch

p

ðñ |y

1

pt

n

q ´ pDyq

n

| “ Oph

p

q.

2017/01/02 50 / 55

(65)

On a démontré le lemme suivant Lemma 5.5

Si y P C

2

pra, bsq alors ˇ

ˇ ˇ

ˇ y

1

pt

n

q ´ y pt

n`1

q ´ y pt

n

q h

ˇ ˇ ˇ

ˇ “ Ophq, @n P v0, N ´ 1w, (8) ˇ

ˇ ˇ

ˇ y

1

pt

n

q ´ y pt

n

q ´ y pt

n´1

q h

ˇ ˇ ˇ

ˇ “ Ophq, @n P v1 , Nw. (9) Si y P C

3

pra , bsq alors

ˇ ˇ ˇ

ˇ y

1

pt

n

q ´ y pt

n`1

q ´ y pt

n´1

q 2h

ˇ ˇ ˇ

ˇ “ Oph

2

q, @n P v1 , N ´ 1w. (10)

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(66)

TD

Exercise 5.2

Soit f PC3pra,bs;Rq.On note tn,nP v0,Nw,une discrétisation régulière dera,bs de pas h.On note FFF PRN`1le vecteur déni par Fn`1“fptnq,@nP v0,Nw.

Q.1

1 Déterminer en fonction de h et FFF,un vecteur VVV PRN`1 vériant Vn`1“f1ptnq `Ophq, @nP v0,Nw

2 Ecrire une fonction algorithmique permettant, à partir du vecteur FFF et de la discrétisation régulière, de calculer le vecteur VVV précédant.

Q.2

1 Connaissant uniquement le vecteur FFF,déterminer un vecteur VVV PRN`1vériant WWWn“f1ptnq `Oph2q.

2 Ecrire une fonction algorithmique permettant, à partir du vecteur FFF et de la discrétisation régulière, de calculer le vecteur WWW précédant.

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(67)

Application

0 1 2 3 4 5 6 7

x -1

-0.5 0 0.5 1 1.5

y

h=2π/10

y=f'(x) DeriveOrdre1 DeriveOrdre2

0 1 2 3 4 5 6 7

x -1

-0.5 0 0.5 1 1.5

y

h=2π/100

y=f'(x) DeriveOrdre1 DeriveOrdre2

Figure : Représentation des dérivées numériques avec fpxq:“sinpxq,a“0, b“2π.A gauche h“ 210π,à droite h“ 1002π.

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(68)

Application

0 1 2 3 4 5 6 7

x 0.05

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

error

Erreur DeriveOrdre1 : h=2 π/10

0 1 2 3 4 5 6 7

x 0

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

error

Erreur DeriveOrdre2 : h=2 π/10

0 1 2 3 4 5 6 7

x 0

0.01 0.02 0.03 0.04

error

Erreur DeriveOrdre1 : h=2 π/100

0 1 2 3 4 5 6 7

x 0

0.5 1 1.5

error

×10-3 Erreur DeriveOrdre2 : h=2 π/100

Figure : Erreur des dérivées numériques numériques avec fpxq:“sinpxq,a“0, b“2π.A gauche h“ 210π,à droite h“ 1002π.

‚ Dérivée ordre 1 :

h a été divisé par 10 ùñ l'erreur, Ophq, divisée par 10 .

‚ Dérivée ordre 2 :

h a été divisé par 10 ùñ l'erreur, Oph

2

q, divisée par 100 .

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(69)

Application

10-3 10-2 10-1

h 10-5

10-4 10-3 10-2 10-1

Erreur

ordres des methodes de dérivation

DeriveOrdre1 (0.99986) DeriveOrdre2 (1.99941) O(h) O(h2)

Figure : Dérivation numérique : mise en évidence de l'ordre des méthodes

Figure en échelle logarithmique : intérêt de monter en ordre.

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