1Eva_IIT2018_T3 Interpolar con sistema de ecuaciones

1ra Evaluación II Término 2018-2019. 10/Noviembre/2018. MATG1013

Tema 3. Encuentre el polinomio:

p_2(x) = b_0 + b_1x + b_2 x^2

tal que se ajuste a tres puntos de y(x) para x = 1.0, 1.5 y 2.1 de la tabla presentada.
Resuelva usando un sistema de ecuaciones.

x 1.0 1.1 1.3 1.5 1.9 2.1
y(x) 1.84 1.90 2.10 2.28 2.91 3.28

a) Plantee el sistema Ax=B resultante con las variables b0, b1, b2

b) Calcule ||Tj||  y comente

c) Encuentre el número de condición K(A) =||A||||A-1||  y comente

d) Resuelva el sistema con el método de eliminación de Gauss

1Eva_IIT2018_T1 Interpolar velocidad del paracaidista

1ra Evaluación II Término 2018-2019. 10/Noviembre/2018. MATG1013 https://www.dreamstime.com/stock-photo-skydiving-formation-group-people-image62015024

Tema 1. Un paracaidista con masa de 75 Kg salta de un globo aerostático fijo.

La velocidad del paracaidista se registra como se indica en la tabla.

t [s] 0 2 4 6 8
v(t) [m/s] 0.0 16.40 27.77 35.64 41.10

a) Construya un polinomio P2(t) para 0 ≤ t ≤ 8

b) Mediante integración encuentre la distancia recorrida en el tiempo de 0 a 8 segundos.


t = [0.0, 2, 4, 6, 8]
v = [0.0, 16.40, 27.77, 35.64, 41.10]

3Eva_IT2018_T2 Drenaje de estanque

3ra Evaluación I Término 2018-2019. 11/Septiembre/2018. MATG1013

Tema 2. (40 puntos) Un estanque se drena a través de un tubo como se observa en la figura.

Con suposiciones simplificadoras, la ecuación diferencial siguiente describe cómo cambia la profundidad con el tiempo:

\frac{dh}{dt} = -\frac{\pi d^2}{4A(h)}\sqrt{2g(h+e)}

 
Donde:
h = profundidad (m),
t = tiempo (s),
d = diámetro del tubo (m),
A(h) = área de la superficie del estanque como función de la profundidad (m2),
g = constante gravitacional (9,81 m/s2) y
e es la profundidad de salida del tubo por debajo del fondo del estanque (m).

Con base en la tabla siguiente de área-profundidad, resuelva esta ecuación diferencial para determinar cuánto tiempo tomaría que el estanque se vacie, dado que h(0) = 6 m, d = 0.25 m, e = 0.3 m.

h 6 5 4 3 2 1 0
A(h) 1.17 0.97 0.67 0.45 0.32 0.18 0.02

a) Con las profundidades 0, 2, 4, 6, encuentre un modelo de trazador cúbico natural para modelar el área A(h) y calcule el error en h = 5 m

b) Use el método de Taylor de segundo orden con dt=1 s para aproximar el tiempo en que la profundidad es 3 m.

Rúbrica: literal a (20 puntos), literal b (20 puntos)


hi = np.array([6, 5, 4, 3, 2, 1, 0])
Ai = np.array([1.17, 0.97, 0.67, 0.45, 0.32, 0.18, 0.02])

Referencia: Chapra Ejercicio 28.24 p849, pdf873

Video: Superestructuras: la presa Hoover

1Eva_IT2018_T4 El gol imposible

1ra Evaluación I Término 2018-2019. 26/Junio/2018. MATG1013

Tema 4. “El gol que desafió a la física”. El 3 de junio de 1997, durante el partido de Brasil vs Francia, el brasileño Roberto Carlos ubicó la pelota a 35 metros del arco del Francés Fabien Barthez para rematar un tiro libre. Retrocedió 18 pasos, y luego sacó un zurdazo brutal, mágico, irreal, de ficción, para vencer en un segundo y fracción el arco del portero que al año siguiente se coronaría campeón del mundo.

Se obtuvieron los siguientes datos de videos y fotografías del suceso.

t 0.00 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0.90 1.05 1.20
x(t) 0.00 0.50 1.00 1.50 1.80 2.00 1.90 1.10 0.30
y(t) 0.00 4.44 8.88 13.31 17.75 22.19 26.63 31.06 35.50
z(t) 0.00 0.81 1.40 1.77 1.91 1.84 1.55 1.03 0.30

Para el estudio de la trayectoria del balón se requieren las funciones que la describen en los ejes cartesianos.

a) Use interpolación con t = 0, 0.3, 0.6, 0.9 aproximar la trayectoria z(t) y encuentre t donde la altura es máxima.

b) Determine la altura ‘z’ del balón cuando cruzó la barrera. La barrera se ubica a y = 9 m de la posición inicial del balón.

c) Determine la desviación máxima (dx/dt=0) que hace que el gol sea considerado como “un desafío a la física”.

Rúbrica: literal a (10 puntos), literal b (7 puntos), literal c (8 puntos)

Referencias: La ciencia del Gol (1’49» a 2’50») video de Discovery Channel, .
El gol ‘imposible’ de Roberto Carlos a Francia cumple 20 años. El Comercio, Perú. 03.06.2017.
Científicos explican gol de tiro libre de Roberto Carlos. ElUniverso.com 3 de septiembre, 2010.


ti = [0.00, 0.15, 0.30, 0.45, 0.60, 0.75, 0.90, 1.05, 1.20]
xi = [0.00, 0.50, 1.00, 1.50, 1.80, 2.00, 1.90, 1.10, 0.30]
yi = [0.00, 4.44, 8.88,13.31,17.75,22.19,26.63,31.06,35.50]
zi = [0.00, 0.81, 1.40, 1.77, 1.91, 1.84, 1.55, 1.03, 0.30]

3Eva_IIT2017_T2 trazador cúbico natural

3ra Evaluación II Término 2017-2018. Febrero 20, 2018. MATG1013

Tema 2. El caballo llamado Thunder Gulch ganó el derby de Kentuckyde 1995, con un tiempo de 2 min 1 1/5 s en la carrera de 1 1/4 millas.

Los tiempos en los postes que marcan el cuarto de milla, la mitad de la milla y la milla fueron respectivamente 22 2/5 s, 45 4/5 s, 1min con 1 1/5 s.

a) Use los valores anteriores junto con el tiempo de arranque y construya un trazador cúbico natural.

b) Use el trazador para predecir el tiempo en el poste de tres cuartos de milla y compare el resultado con el tiempo real de 1 in con 10 1/5 s.

c) Usando el trazador y las fórmulas de diferencias finitas, aproxime la velocidad y la aceleración del caballo en todos los postes.

3Eva_IT2017_T1 Crecimiento de levadura

3ra Evaluación I Término 2017-2018. 11/Septiembre/2017. MATG1013

Tema 1. La razón de crecimiento específico g de una levadura que produce un antibiótico es una función de la concentración del alimento c,

g = \frac{2c}{4+0.8c + c^2 +0.2 c^3}

Como se ilustra en la figura, el crecimiento parte de cero a muy bajas concentraciones debido a la limitación de alimento. También parte de cero en altas concentraciones debido a los efectos de toxicidad.

a) Encuentre el valor de c para el cual el crecimiento es un máximo.

b) Evalúe la función g del problema 1 para c=0,1,2,3, y encuentre el trazador cúbico natural para aproximar el máximo de g, encuentre el error.

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.

3Eva_IT2012_T2 factor de compensación

3ra Evaluación I Término 2012-2013. 11/Septiembre/2012. ICM00158

Tema 2. Un sistema de compensación para un estudiante que hace una maestría o Doctorado en el extranjero utiliza un trazador cúbico natural para establecer el factor f(x) de ayuda de acuerdo con la siguiente tabla:

x 1.0 1.3 1.7 2.0
f(x) 2.0 2.3 3.3 3.5

x, nivel de vida del país; f(x), factor de ayuda

a. Encuentre el trazador cúbico natural (S»(1) = 0, S»(2) = 0).

b. Aproxime la integral de f(x) desde x=1, hasta x=2, empleando el resultado obtenido en el literal a.


xi = [ 1.0, 1.3, 1.7, 2.0]
fi = [ 2.0, 2.3, 3.3, 3.5]

3Eva_IIT2011_T2_MN Sistema de Ecuaciones

3ra Evaluación II Término 2011-2012. 14/Febrero/2012. ICM02188 Métodos Numéricos

Tema 1. (35 puntos) Dados los datos
(x, f(x)): (1,3), (2,5), (3,4), (4,1)
que pertenecen a la ecuación:

ax3 + bx2 + cx + d = f(x)

a. Sustituya cada dato en la ecuación y resuelva el sistema con el método de eliminación de Gauss

b. Suponga que el valor de x del primer punto se modifica a : (1.1, 3). Resuelva nuevamente el sistema con el método de eliminación de Gauss.

c. Contruya un vector con el valor absoluto de las diferencias entre los valores de X del literales a, b y otro vector con  la diferencia entre los coeficientes a, b, c, d obtenidos los literales a y b respectivamente.
Calcule la norma de ambos vectores y comente acerca del sistema y de la eficiencia de usar este método para obtener el polinomio de interpolación comparado con otros métodos.

2Eva_IIT2011_T3_MN Trazador cúbico

2da Evaluación II Término 2011-2012. 31/Enero/2012. ICM02188 Métodos Numéricos

Tema 3. (40 puntos) Dados los puntos (x,y): (2,3), (4,4), (5,6), (6,7), (8,5).

Use el trazador cúbico natural para determinar el valor de y cuando x=3.

Use el método iterativo de Gauss-Seidel para resolver el sistema de ecuaciones que se produce al aplicar la formulación del trazador cúbico.

Comience con un vector solución nulo e itere hasta obtener tres decimales exactos.


xi = [ 2, 4, 5, 6, 8]
yi = [ 3, 4, 6, 7, 5]