2da Evaluación – Página 6 – Métodos numéricos

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2Eva_IT2015_T3 EDP parabólica

2da Evaluación I Término 2015-2016. 8/Septiembre/2015. ICM00158

Tema 3. (30 puntos) Use el método de diferencias progresivas para aproximar la solución de la ecuación diferencial parcial parabólica

\frac{\partial u}{\partial t} - \frac{4}{\pi ^2}\frac{\partial ^2 u}{\partial x^2} = 0

0 \lt\ x \lt 4, 0\lt t

u(0,t) = u(4,t) = 0, 0\lt t

u(x,0) = \sin \Big( \frac{\pi}{4}x \Big) \Big( 1 + 2 \cos \Big( \frac{\pi}{4}x\Big)\Big)

0 \leq x \leq 4

a) Use n=20 en el sentido de x; y m=10, obtenga el modelo (solo planteado).

b) Aproxime la solución con n=4, hasta 2Δt, y

c) estime el error en el punto P(x₁, t₁)

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2Eva_IT2015_T1 Fibra óptica entre montañas

2da Evaluación I Término 2015-2016. 8/Septiembre/2015. ICM00158

Tema 1. (20 puntos) Para una fibra óptica que para por montañas se tienen las medidas de distancia vertical en función de la distancia horizontal y se muestra en la figura y la tabla.

distancias en metros
horizontal x	vertical y
0	0
100	25
200	38
300	45
400	20

a. Encuentre y’ en los puntos de la tabla usando una aproximación de O(h²)

b. Usando La regla de Simpson 1/3 aproxime la longitud del cable y estime el error.

x = [ 0, 100, 200, 300, 400]
y = [ 0,  25,  38,  45,  20]

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2Eva_IT2015_T2 Deflexión de mástil

2da Evaluación I Término 2015-2016. 8/Septiembre/2015. ICM00158

Tema 2. (30 puntos) La ecuación siguiente se utiliza para modelar la deflexión del mástil de un bote expuesto a la fuerza del viento:

\frac{\delta ^2 y}{\delta x^2} = \frac{f}{2EI} (L-x)^2

Donde:
f = fuerza,
E = módulo de elasticidad,
L = longitud del mástil
I = momento de inercia.

Calcule la deflexión si y = 0 y $\frac{\delta y}{\delta x} = 0$ en x = 0.

Para sus cálculos considere f=60, L =30, E = 1.25×10⁸ e I = 0.05.

a. Encuentre el sistema de ecuaciones diferenciales equivalente a dicha ecuación.

b. Aproxime usando Runge-Kutta 4to orden, para n=30 sub-intervalos. (solo expresado)

c. Aproxime considerando h=2 y realice 2 pasos usando Runge-Kutta de 2do orden.

Referencias: Chapra 24.2 p284 pdf121

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2Eva_IIT2014_T3 EDP Hiperbólica, Presión en tubo musical

2da Evaluación II Término 2014-2015. 23/Febrero/2015. ICM00158

Tema 3. En un tubo de órgano musical, la presión del aire p(x,t) se rige por la ecuación de onda

\frac{\partial^2 p}{\partial x^2} = \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 p}{\partial t^2}

0 \lt x \lt L, 0\lt t

Donde L es la longitud del tubo y c es una constante física.

Si el tubo se encuentra abierto, las condiciones de frontera estarán dadas por:

p(0,t) = p0
p(L,t) = p0

Si el tubo está cerrado en el extremo donde x=L, las condiciones de frontera serán:

p(0,t) = p0

$\frac{\partial p(l,t)}{\partial x} = 0$

Suponga que c=1, L=1 y que las condiciones iniciales son

p(x,0) = p0 cos(2πx)

$\frac{\partial p(x,0)}{\partial t} = 0$

$0 \leq x \leq L$

a. Aproxime la presión de un tubo abierto usando las diferencias finitas con p0 = 0.9 en x = 1/2 para t = 0.5 y t = 1,

b. Modifique el procedimiento del literal a para el problema del tubo de órgano cerrado con p0 = 0.9 y luego aproxime p(0.5 , 0.5) y p(0.5 , 1) usando h = 0.1 y k = 0.1

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2Eva_IIT2014_T2 Carga uniforme en viga

2da Evaluación II Término 2014-2015. 23/Febrero/2015. ICM00158

Tema 2. La ecuación diferencial básica de la curva elástica para una viga con carga uniforme (ver figura) está dada por

EI \frac{\delta ^2 y}{\delta x^2} = \frac{wLx}{2} - \frac{wx^2}{2}

Donde E = módulo de elasticidad, I = momento de inercia

Resuelva para la deflexión de la viga con el método de disparo con Runge-Kutta de 2do orden y (Δx = 2.5 ft).

Aplique los siguientes valores de parámetros:
E = 30.000 ksi
I = 800 in⁴w = 1 kip/in
L = 10 ft.

Referencia: Chapra 5Ed Cap28 Ejercicio 28.23 p849 pdf873.

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2Eva_IIT2014_T1 Coeficiente Gini

2da Evaluación II Término 2014-2015. 23/Febrero/2015. ICM00158

Tema 1. El coeficiente de Gini⁽¹⁾ se calcula como una proporción de las áreas en el diagrama de la curva de Lorenz.

Si el área entre la línea de perfecta igualdad y la curva de Lorenz es a, y el área por debajo de la curva de Lorenz es b, entonces el coeficiente de Gini es a/(a+b).

X: Proporción acumulada de la Población,
Y: Proporción acumulada de los Ingresos

Los siguientes datos corresponden a los ingresos, anuales ordenados, de 10 personas representativas en una sociedad:

ingresos = [2500, 4500, 6000, 8000, 14000, 25000, 30000, 45000, 60000, 90000]

acumule los datos de menor a mayor y estime el coeficiente de Gini para dicha sociedad utilizando la técnica de integración de Simpson 1/3 y aproxime la cota del error.

Referencia: (1) «Gini coefficient». Publicado bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons – http: //commons.wikimedia.org/wiki/File:Gini_coefficient.svg#mediaviewer/File:Gini_coefficient.svg.

En documental, El coeficiente Gini, a partir del minuto 5:00, durante al menos 8:12

País de desigualdad (1/3) | DW Documental

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2Eva_IT2012_T3_MN EDO Taylor 2 Contaminación de estanque

2da Evaluación I Término 2012-2013. 28/Agosto/2012. ICM02188 Métodos Numéricos

Tema 3. (30 puntos) Suponga un estanque de cierto tamaño con agua, la cual está siendo contaminada por una corriente que ingresa constantemente.

En la siguiente ecuación s representa la cantidad de contaminación en el tiempo t:

s'- \frac{26s}{200-t} - \frac{5}{2} = 0

0\leq t \lt 2.00

Con la condición inicial s(0) = 0, la cual significa que inicialmente el agua está limpia.

Determine la cantidad de contaminación s(t) para

t =  [0.1, 0.2, 0.3, 0.4]

usando la fórmula de Euler, es decir los dos primeros términos de la Serie de Taylor.

2017-12-122023-02-04

2Eva_IT2012_T2_MN Altura del cable teleférico

2da Evaluación I Término 2012-2013. 28/Agosto/2012. ICM02188 Métodos Numéricos

Tema 2. (30 puntos) Utilice los datos del tema anterior para encontrar el valor aproximado de la altura del cable teleférico cuando x = 0.4. Use el polinomio de diferencias finitas de grado 3 y estime el error en la interpolación.

2017-12-122025-04-07

2Eva_IT2012_T1_MN Longitud de teleférico

2da Evaluación I Término 2012-2013. 28/Agosto/2012. ICM02188 Métodos Numéricos

Tema 1. (40 puntos)

La trayectoria de un teleférico está definida por una curva que tiene los puntos (x, f(x)) segun la tabla que se muestra a continuación:

x    = [0.00, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00]
f(x) = [25.0, 22.0, 32.0, 51.0, 75.0]

Para calcular la longitud de dicha curva se debe usar la integral:

L = \int_a^b \sqrt{1+[f'(x)]^2} \delta x

a. Aproxime el valor de la derivada f‘(x) en todos los puntos de la tabla con fórmulas de orden 2.

b. Aproxime el valor de la longitud del cable del teleférico entre 0 y 1 con la fórmula de Simpson

c. Aproxime el error de la longitud calculada.

2017-12-122023-09-01

2Eva_IT2012_T3 EDP elíptica, placa rectangular

2da Evaluación I Término 2012-2013. 28/Agosto/2012. ICM00158

Tema 3. (20 puntos) Aproxime la solución de la ecuación diferencial parcial:

\frac{\partial ^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial ^2 u}{\partial y^2} = (x^2 + y^2) e^{xy}

0\lt x \lt 1, 0\lt y \lt 0.5

Con las condiciones de frontera:

u(0,y) = 1, u(1,y) = e^y , 0 \leq y \leq 0.5

u(x,0) = 1, u(x,0.5) = \sqrt{e^x} , 0 \leq x \leq 1

Usando un tamaño de paso h_x = h_y = 0.25