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1Eva_2021PAOI_T2 Atención hospitalaria con medicamentos limitados

1ra Evaluación 2021-2022 PAO I. 6/Julio/2021

Tema 2 (35 puntos) Durante el año 2020, ante el aumento de atención hospitalaria estatal en la región y el limitado acceso a medicamentos, como una primera estrategia de manejo de recursos se derivan el exceso de pacientes hacia la atención en hospitales privados.

En la tabla  se muestra la cantidad de los tres medicamentos (mg, ml) que se administran al atender a cada paciente clasificado por grupo etario: niños, adolescentes, adultos y adultos mayores.

También se dispone del total de medicamentos existente en bodegas en cada semana.

Niños Adolescentes Adultos Adultos Mayores Medicamentos /semana
Medicamento_A 0.3 0.4 1.1 4.7 3500
Medicamento_B 1 3.9 0.15 0.25 3450
Medicamento_C 0 2.1 5.6 1.0 6500

Es de interés conocer la cantidad de pacientes de cada grupo que se podría atender con los recursos disponibles.

a.  Realice el planteamiento de un sistema de ecuaciones que permita determinar la cantidad máxima de pacientes de cada grupo etario que podrían ser atendidos usando todos los medicamentos disponibles.

Una vez planteadas las ecuaciones, se le indica que la capacidad K para pacientes niños sea una variable libre, por consumir menos recursos y se podrían derivar al sistema privado.

b.  Escriba el conjunto de soluciones posibles en función de la variable libre, considerando la cantidad de niños a atender como máximo de K=100.

c. Determine la capacidad de atención usando un método Iterativo con una tolerancia de 10-2. Realice tres iteraciones completas y revise la convergencia del método. Se estima atender al inicio de semana al menos 100 pacientes de cada grupo.

d. Suponga que la cantidad de pacientes en cada grupo para una semana dada es: [350, 1400, 1500, 1040]. ¿Hay suficiente cantidad de medicamentos para atender el promedio actual de pacientes? Analice y describa los resultados encontrados.

e. Si se decide vacunar primero a todos los niños, entonces ya no requieren atención hospitalaria (K=0) ¿Cuál es el número máximo de pacientes de cada grupo que podría incrementarse dadas las condiciones actuales? Resuelva usando un método directo.

Rúbrica: literal a (3 puntos), literal b (2 puntos), pivoteo por filas(5 puntos), iteraciones (10 puntos), análisis de convergencia (4 puntos), literal d (5 puntos) literal e (6 puntos)

Referencias:
– BBC News Mundo. El país que está vacunando contra el covid-19 primero a los jóvenes y no a los ancianos. 16/enero/2021. https://youtu.be/oo2itoBBwyY

– Manejo clínico de la COVID-19, orientaciones provisionales 27/mayo/2020. https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/332638/WHO-2019-nCoV-clinical-2020.5-spa.pdf

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1Eva_IIT2019_T1 Ecuación Recursiva

1ra Evaluación II Término 2019-2020. 26/Noviembre/2019. MATG1013

Tema 1. (30 puntos). Considere la sucesión

\Big( x_n \Big)_{n=0}^{+ \infty}

cuya ecuación recursiva es:

x_n = g(x) = \sqrt{3 + x_{n-1}}

para n  ∈ Ν

a) ¿Se puede afirmar que ∀x ∈ [1,3], g(x) ∈ [1,3]?

b) Pruebe que g es una función contractiva en el intervalo [1,3] y estime el valor de la constante de Lipschitz (cota de la derivada de g)

c) Realice 5 iteraciones partiendo del dato inicial x0 =2, y determine el orden de convergencia.

d) Encuentre el valor teórico de x* al cual converge la sucesión y estime el error absolito en la iteración 5.

e) Realice 5 iteraciones con el método de bisección en el intervalo [1,3] para aproximar el punto fijo de la función g(x).

Rúbrica: literal a (3 puntos), literal b (3 puntos), literal c (10 puntos), literal d (4 puntos), literal e (10 puntos)

Referencia: Burden 9Ed. Definición 10.5 p633, Theorem 2.4 P62;
Contracción https://es.wikipedia.org/wiki/Contracci%C3%B3n_(espacio_m%C3%A9trico).
Función lipschitziana https://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_lipschitziana

 

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1Eva_IIT2019_T2 Proceso Termodinámico

1ra Evaluación II Término 2019-2020. 26/Noviembre/2019. MATG1013

Tema 2. (20 puntos).  Para simular la disminución de la temperatura en un proceso termodinámico,
un algoritmo evolutivo necesita usar un polinomio para aproximar en el intervalo [0,4] la función f con regla de correspondencia

f(x)=e^{-0.5x}

con constante k = 0.5

Para construir el mencionado polinomio, considere la tabla:

x 0 1 2 3 4
f(x) f(0) f(1) f(2) f(3) f(4)

a) Aplique interpolación polinomial y aproxime el valor de f(2.4) usando un polinomio de grado 2.

b) Encuentre una cota superior para el error de interpolación en la aproximación de f(1.7)}

Rúbrica: literal a (15 puntos), literal b (5 puntos)

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1Eva_IIT2019_T3 Circuito eléctrico

1ra Evaluación II Término 2019-2020. 26/Noviembre/2019. MATG1013

Tema 3. (30 puntos) El sistema de ecuaciones que sigue se generó por medio de aplicar la ley de malla de corriente al circuito de la figura.

\begin{cases} 55 I_1 - 25 I_4 = -200 \\ -37 I_3 - 4 I_4 = -250 \\ -25 I_1 - 4 I_3 + 29 I_4 = 100 \end{cases}

a) Use el método de eliminación de Gauss para calcular I1, I3, I4, I1 observando que
I2 = -10

b) Encuentre la norma infinita de la matriz de transición T en el método de Jacobi y comente.

c) Con el método de Gauss-Seidel realice tres iteraciones comenzando con el vector cero. Además en la tercera iteración, encuentre una cota para el error relativo.

Rúbrica: literal a (12 puntos), literal b (6 puntos), literal c (12 puntos)

A = [[ 55.0, 0,  0, -25],
     [  0  , 0,-37,  -4],
     [-25  , 0, -4,  29],
     [  0  ,  1, 0,   0]]

B = [-200,-250,100,-10]
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1Eva_IIT2019_T4 Concentración de químico

1ra Evaluación II Término 2019-2020. 26/Noviembre/2019. MATG1013

Tema 4. (20 puntos) La siguiente ecuación permite calcular la concentración de un químico en un reactor, donde se tiene una mezcla completa.

C = C_{ent} ( 1 - e^{-0.04t})+C_{0} e^{-0.03t}
https://es.wikipedia.org/wiki/Reactor_qu%C3%ADmico

Si la concentración inicial es C0 = 4 y la concentración de entrada es Cent = 10, use el método de Newton-Raphson con t0 = 0, para aproximar el tiempo requerido para que el valor de C sea 93% de Cent.

Encuentre un intervalo en donde la convergencia está garantizada.

Rúbrica: intervalo (5 puntos), iteraciones (10 puntos), convergencia (5 puntos)

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1Eva_IT2019_T3 Vector perpendicular a plano

1ra Evaluación I Término 2019-2020. 2/Julio/2019. MATG1013

Tema 2. ( 30 puntos) Considere los siguientes vectores:
V1 = (2,-3,a)
V2=(b,1,-4)
V3= (3,c,2)

Se sabe que V1 es perpendicular a V2  y V3.

También se sabe que V2.V3=2.

Use un método para encontrar el valor de las incógnitas a,b,c

a) Plantee el sistema

b) Resuelva con el método de eliminación de Gauss

c) Vuelva a resolver con el método de Jacobi con x(0) = [0,0,0], realice tres iteraciones

d) Encuentre el residuo, cota del error absoluto y relativo

Rúbrica: literal a (5 puntos), literal b, ordenar las ecuaciones(5 puntos), método Gauss (10 puntos);  literal c, aplicarJacobi (5 puntos), literal d (5 puntos)

Notas:
– Todos los temas deben mostrar evidencia del desarrollo del método numérico planteado.
– En geometría euclídea se tiene, dos vectores v1 y v2 que son ortogonales forman un ángulo recto, por lo tanto v1 ⋅ v2 = 0. https://es.wikipedia.org/wiki/Ortogonalidad_(matem%C3%A1ticas)

Referencia: Chapra 5ed. problema 10.18 p304, pdf 328.

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1Eva_IT2019_T2 Catenaria cable

1ra Evaluación I Término 2019-2020. 2/Julio/2019. MATG1013

Tema 2. (30 puntos) Un cable en forma catenaria es aquel que cuelga entre dos puntos que no se encuentran sobre la misma línea vertical. Como se muestra en la figura 1, no está sujeta a más carga que su propio peso. Así, su peso en N/m actúa como una carga uniforme por unidad de longitud a lo largo del cable.

En la figura 2, se ilustra un diagrama de cuerpo libre de una sección AB, donde TA y TB son las fuerzas de tensión en el extremo.

Con base en los balances de fuerzas horizontal y vertical, se obtiene para el cable el siguiente modelo:

y = \frac{T_A}{w} cosh \Big( \frac{w}{T_A}x \Big) + y_0 - \frac{T_A}{w}

Donde la altura y del cable está en función de la distancia x.

Además se tiene que:

cosh(z) = \frac{e^z+ e^{-z}}{2}

Utilice el método de Newton-Raphson para hallar el valor del parámetro TA dado los valores de los parámetros w=12, y0=6 de modelo que el cable tenga una altura de 15 metros para x=50

Rúbrica: Planteamiento del problema (10 puntos), obtener la derivada (5 puntos), plantear el método (5 puntos), iteraciones (5 puntos), verificar tolerancia (5 puntos)

Nota: Todos los temas deben mostrar evidencia del desarrollo del método numérico planteado.

Referencia: Chapra 5Ed Problema 8.17 p219 pdf243. Sears&Zemanski Vol1 12Ed problema 5.63. Cuerda con masa p173. https://es.wikipedia.org/wiki/Catenaria

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1Eva_IT2019_T1 Oxígeno y temperatura en agua

1ra Evaluación I Término 2019-2020. 2/Julio/2019. MATG1013

Tema 1. (40 puntos) La concentración de oxígeno disuelto a nivel del mar en agua dulce es función de la temperatura o(T)

T (℃) 0 8 16 24 32 40
o (mg/L) 14.6 11.5 9.9 8.4 7.3 6.4

a) Con los siguientes datos, encuentre un modelo polinómico de grado 3 y estime la concentración para la temperatura de 15 grados y estime el error.

b) Usando el polinomio del literal a, aproxime la derivada de la concentración de oxígeno en función de la temperatura en T = 16 grados.

c) Usando el polinomio del literal a y el método de la bisección encuentre T cuando o=9 mg/L, con una tolerancia de 10-3

Rúbrica: literal a, plantear polinomio (15 puntos), interpolar (5 puntos), literal b obtener derivada (5puntos), evaluar derivada (5 puntos) literal c, selección de rángo de búsqueda (3 puntos) desarrollo de al menos tres iteraciones (7 puntos)

Nota: Todos los temas deben mostrar evidencia del desarrollo del método numérico planteado.

tm = [0.,8,16,24,32,40]
ox = [14.6,11.5,9.9,8.4,7.3,6.4]

Referencia: Chapra 5ed, problema 19.15 p576, pdf600.  1Eva_IIT2014_T3 Oxigeno y temperatura en mar,
http://blog.espol.edu.ec/analisisnumerico/1eva_iit2014_t3-oxigeno-y-temperatura-en-mar/.

La «gigantesca» reserva de agua dulce hallada bajo el océano Atlántico (y qué esperanzas brinda para las zonas áridas del planeta). eluniverso.com 25/junio/2019.
https://www.eluniverso.com/noticias/2019/06/25/nota/7394484/gigantesca-reserva-agua-dulce-hallada-bajo-oceano-atlantico-que

 

 

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1Eva_IIT2018_T4 Tasa de interés en hipoteca

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

Tema 4. Para pagar una hipoteca de una casa durante n periodos de tiempo se usa la fórmula:

P = A\Big(\frac{1-(1+i)^{-n}}{i} \Big)

En ésta ecuación, P es el valor presente de la casa, A es el valor del pago periódico de la deuda durante n periodos y la tasa de interés por periodo es i.

Suponga que la casa tiene un valor presente de 70000 dólares y deberá ser pagada mediante 1200 dólares mensuales por 25 años (300 meses).

a) Plantee la ecuación

b) Encuentre un intervalo para i donde haya un cambio de signo en la función

c) Aplique el método de Newton

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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.

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

Resuelva planteando el sistema de ecuaciones para generar el polinomio de interpolación.

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 de ecuaciones con el método de eliminación de Gauss

xi = [1.0,  1.1,  1.3,  1.5,  1.9,  2.1 ]
yi = [1.84, 1.90, 2.10, 2.28, 2.91, 3.28]
cuales = [0, 3, 5]