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수학/수치해석

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16차시 - 최소자승법 1. 최소자승법 1) 최소자승법이란? - 여러 개의 점이 주어졌을 때 이 점들을 가장 잘 대표할 수 있는 직선을 찾을 때 사용 - 주어진 점 (xi,yi)의 y의 값 yi와 대응하는 직선상의 점 (xi,yi)의 y의 값 axi +b의 차를 제곱해서 모두 더한 값이 최소가 되는 직선 예) 문제: 5개의 점 ( (1,-8),(2,2),(3,10),(4,11),(5,20) )을 가장 잘 표현한 직선 풀이 : 각점의 차의 제곱을 최소로 하는 직선. 여기서 S를 최소가 되게하는 a,b를 찾으려면 여기서 S는 a와 b를 변수로 갖는 두 변수 함수로 볼 수 있으므로 이 함수가 점 a,(b)에서 최소값을 갖기위한 필요조건은 각각의 편도 함수가 0이 되는 것. 각각의 편도 함수를 전개하면 간단히 정리하면 11a+3b=3..
15차시 - 미분방정식과 해 2 1. 테일러 방법 1) 테일러 방법이란? 수치 해석적인 방법으로 미분방정식의 근사해를 찾는 방법 2) K차 테일러 방법 주어진 미분방정식을 만족하는 해의 k+1계 도함수 y^(k+1)이 [a,b]에서 연속이라고 하면 테일러 전개에 의하여 적당한 ξ∈[t,t+h]가 존재하여 다음 식이 성립 h가 0보다 작으면 hK+1은 매우 작게 되므로 t=t(n+1) (=tn+h)에서 다음 식이 성립 K차 테일러 방법이란 라 하면 다음 반복식에 의하여 해를 구하는 방법 1차 테일러 방법 - T1(t,y;h)=f(t,y)이므로 1차 테일러 방법은 오일러 방법이 됨. - y는 t에 관한 함수이므로 함수 f(t, y)역시 t에 관한 함수 - k가 1보다 클 경우 고계도 함수를 사용해야 하는 어려움이 존재 3) 예제풀이 1 2..
14차시 - 미분방정식과 해 1 (2) 3. 오일러(Euler) 방법 1) 오일러 방법 오일러 방법 - 수치해법을 통해서 미분방정식을 푸는 방법 - 테일러 급수에서 유도된 방법으로 비교적 오차가 크게 발생 목적 - 초기치미분방정식 y’(t)=f(t,y), a≤t≤b, y(a)=y0의 수치적 해를 구하는 방법 - 다음과 같은 조건이 주어졌을 때 함수 f(x)의 값을 추정 - 함수 f의 정확한 형태를 구하는 것보다 구간 a, b사이에서의 특정한 점들(격자점, mesh point)에서의 함수값 y,에 대한 근사값을 얻음 2) 오일러 방법의 기본원리 다음과 같은 조건이 주어졌을 때 - 구간 [a,b]를 N개의 구간으로 나누고 각각의 점을 ti=a+ih(i=1,2,...,N)이라고 함. - h를 간격크기라 부르며 h=b-a/N으로 정리함. - 함수 f..
14차시 - 미분방정식과 해 1 (1) 1. 상미분방정식 1) 상미분방정식이란 상미분방정식 - 하나 또는 여러 개의 미지함수의 도함수를 포함하고 있는 방정식 - 1개의 독립변수에 대한 미분 항들로 구성된 미분 방정식 매트랩(MATLAB)에서의 상미분방정식 - 상미분 방정식은 매트랩(Matlab)의 dsolve 명령을 이용하여 기호적으로 계산 가능 - t를 독립 변수로 하고 y를 종속 변수로 하여 다음의 형식으로 표현 ※ n계 미분방정식이란 - 1계 미분방정식 : 미지의 함수로 1계 도함수를 갖고 있는 방정식 F(x, y, y’)=0 또는 y’=f(x, y)로 나타낸다. - 2계 미분방정식 : 2계 도함수를 가진 방정식 - n계 미분방정식 : 일반적으로 n계 도함수를 갖고 있는 방정식을 뜻한다. - a≤x≤b일 때 초기조건 y(a)=a가 주어질..
13차시 - 수치적분(2) 3. 복합수치적분 1) 수치적분 복합공식 복합수치적분 일반적으로 Newton-Cotes 공식은 적분구간이 큰 경우에 적당하지 않음 큰 구간에서 고차의 공식을 사용 고차 공식의 계수를 구하기가 어려움 Newton-Cotes공식은 같은 간격의 점들을 이용한 보간다항식을 사용 고차 다항식은 큰 구간에서 진동하는 성질 때문에 진동하는 성질 때문에 정확도가 낮음 구간 [a,b]를 균등하게 n개의 소구간으로 분활하여 각각의 소수간에서 정밀도가 낮은 수치적분법을 시행해여 그 결과값을 모두 합하는 방법을 복합수치적분이라 함 2) Simpson 복합공식 구간을 세분화하여 Simpson공식을 사용하여 오차를 줄 일 수 있음 구간 [a, b]를 2m개의 작은 구간으로 나눈다고 가정 3) Simpson 복합공식 알고리즘 4)..
13차시 - 수치적분(1) 1. 수치적분 1) 수치적분이란? 수치적으로 적분값에 가까운 근사값을 구함 - 함수 f(x)의 x=a에서 x=b까지의 적분값은 구간 [a, b]위에 곡선 f(x)로 둘러 쌓인 면적을 의미 - 함수의 부정적분이 일반적으로 명확한 함수의 형태로 나타나지 않으면 정확한 정적분을 구하기 어려움 - 수치적분을 통해 적분값에 가까운 근사값을 구함 가중치함수(weighting function) - 함수w(x)는 구간 [a, b]위에 w(x) ≠ 0이고 w(x) ≥ 0 수치적분법(구적법, Quadrature rule) - 구간 [a, b]의 마디점을 a=x0
12차시 - 수치미분 1. 수치미분 1) 수치미분이란? 수치적으로 미분 - 함수의 일부분을 다항식으로 변경 후, 변경한 다항식을 미분 - 함수 f(x)를 xk주위에서 전개하는 Taylor법 오차의 발생 - 컴퓨터의 유한한 정밀도로 발생하는 마무리 오차 - 다항식으로 변경하는 과정에서 발생하는 본질적인 오차 -> 함수의 수치적 미분은 함수 자체와 똑같은 정밀도로 계산될 수 없음. 2. 유한차분 근사식 1) 유한차분 근사식 유한차분 근사식의 유도 - x근방에서 f(x)를 전방 및 후방으로 Taylor 전개하는 것에 기초 - 각 전개의 합은 오직 짝수 미분만 갖는다. - 각 전개의 차는 오직 홀수 미분만 갖는다. 2) 1차 중간차분 근사식 전방 및 후방 근사식의 필요성 - 중간차분 근사식을 항상 사용할 수 없음. - 함수에 대한 ..
11차시 - 반복법과 역행렬 (2) 2. 역행렬 1) 역행렬이란 A가 n×m 행렬일 경우 AB=BA=I를 만족하는 행렬 B A,의 역행렬은 A^(-1)이라고 표현 detA는 a의 행렬식 adjA는 행렬 A의 원소들에 대응하는 여인수들로 된 행렬의 전치행렬 보기 2와 같이 detA가 0일 경우 역행렬이 존재하지 않음. 행렬 A의 역행렬이 존재할 경우 보기 3과 같이 연립방정식의 해를 구할 수 있음. 2) 역행렬구하기 2 x 2 행렬의 역행렬 3 x 3 행렬의 역행렬 3) 가우스-조르당 방법을 이용한 역행렬 Ax=b의 역행렬식은 Ax=Ib와 같음 두 행렬 A와 I에서 기본행연산을 수행하더라도 등식은 성립 행렬 A에 가우스 조르당법을 적용하여 행렬 A를 단위행렬로 만들고, 행렬 I에 같은 연산과정을 적용 Ax=Ib의 행렬식은 Ix=Cb형태의 행..