



Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
This course contains solution of non linear equations and linear system of equations, approximation of eigen values, interpolation and polynomial approximation, numerical differentiation, integration, numerical solution of ordinary differential equations. This lecture includes: Differentiation, Difference, Operators, Shift, Backward, Average, Interior, Tabular, Point, Equation, Multiply
Typology: Lecture notes
1 / 6
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
RReemmeemmbbeerr UUssiinngg ffoorrwwaarrdd ddiiffffeerreennccee ooppeerraattoorr^ ∆∆, t,thhee sshhiifftt ooppeerraattoorr,, tthhee bbaacckkwwaarrdd
ddiiffffeerreennccee ooppeerraattoorr aanndd tthhee aavveerraaggee ddiiffffeerreennccee ooppeerraattoorr, wwee oobbttaaiinneedd tthhee ffoolllloowwiinngg
ffoorrmmuullaaee::
2 3 4 0 0 0 0 0 0
y y y Dy y y h
2 3 (^2 0 ) (^2 ) (^0 2 02 4 )
0 0
y y d y D y y dx h (^) y y
2 3 4 1
n n n n n n n
d y y y y Dy y y dx h
2 2 3 4 5 2
y n D y (^) n yn yn yn yn h
2 2 4 6 2
y D y y y y h
d y y Dy y y y dx h
RReeccaallll ffrroomm wwhhaatt wwee mmeennttiioonneedd iinn tthhee llaasstt lleeccttuurree tthhaatt ffoorr ccaallccuullaattiinngg tthhee sseeccoonndd
ddeerriivvaattiivvee aatt aann iinntteerriioorr ttaabbuullaarr ppooiinntt,, wwee uussee tthhee eeqquuaattiioonn
2 2 4 6 2
h
WWhhiillee ffoorr ccoommppuuttiinngg tthhee ffiirrsstt ddeerriivvaattiivvee aatt aann iinntteerriioorr ttaabbuullaarr ppooiinntt,, wwee iinn ggeenneerraall uussee
aannootthheerr ccoonnvveenniieenntt ffoorrmm ffoorr DD,, wwhhiicchh iiss ddeerriivveedd aass ffoolllloowwss.. MMuullttiippllyy tthhee rriigghhtt hhaanndd
ssiiddee ooff
d y y Dy y y y dx h
By 2 1 ( 4)
WWhhiicchh iiss uunniittyy aanndd nnoottiinngg tthhee BBiinnoommiiaall eexxppaannssiioonn
1 2 (^1 2 1 2 3 4 ) 1 1 4 8 128 48 64
− +^ =^ −^ +^ −^ + ×
We get
h
SSiimmpplliiffiiccaattiioonn wwee ggeett
(^1 3 )
h
TThheerreeffoorree tthhee eeqquuaattiioonn ccaann aallssoo bbee wwrriitttteenn iinn aannootthheerr uusseeffuull ffoorrmm aass
y D y y y h
TThhee llaasstt ttwwoo eeqquuaattiioonnss yy”” aannddyy’’ rreessppeeccttiivveellyy aarree kknnoowwnn aass SSttiirrlliinngg’’ss ffoorrmmuullaaee ffoorr
ccoommppuuttiinngg tthhee ddeerriivvaattiivveess ooff aa ttaabbuullaarr ffuunnccttiioonn.. SSiimmiillaarr ffoorrmmuullaaee ccaann bbee ddeerriivveedd ffoorr
ccoommppuuttiinngg hhiigghheerr oorrddeerr ddeerriivvaattiivveess ooff aa ttaabbuullaarr ffuunnccttiioonn..
TThhee eeqquuaattiioonn ffoorr yy’’ ccaann aallssoo bbee wwrriitttteenn aass
2 2 2 2 2 2 1 3 (1) (2) 5 (1) (2) (3) 7
y y y y y h
IInn oorrddeerr ttoo iilllluussttrraattee tthhee uussee ooff ffoorrmmuullaaee ddeerriivveedd ssoo ffaarr,, ffoorr ccoommppuuttiinngg tthhee
ddeerriivvaattiivveess ooff aa ttaabbuullaatteedd ffuunnccttiioonn,, wwee ccoonnssiiddeerr tthhee ffoolllloowwiinngg eexxaammppllee ::
ExExaammppllee::
CCoommppuuttee^ f^ ′′(0)^ aanndd^ f^ ′(0.2)^ frfroomm tthhee ffoolllloowwiinngg ttaabbuullaarr ddaattaa..
So Solluuttiioonn
SSiinnccee xx == 00 aanndd 00..22 aappppeeaarr aatt aanndd nneeaarr bbeeggiinnnniinngg ooff tthhee ttaabbllee,, iitt iiss aapppprroopprriiaattee ttoo uussee
ffoorrmmuullaaee bbaasseedd oonn ffoorrwwaarrdd ddiiffffeerreenncceess ttoo ffiinndd tthhee ddeerriivvaattiivveess.. TThhee ddiiffffeerreennccee ttaabbllee ffoorr tthhee
ggiivveenn ddaattaa iiss ddeeppiicctteedd bbeellooww::
xx ff((xx)) ∆ f ( ) x 2 ∆ f ( ) x
∆ f ( ) x
∆ f ( ) x
∆ f ( ) x
UUssiinngg ffoorrwwaarrdd ddiiffffeerreennccee ffoorrmmuullaa ffoorr
2 D f ( ), x
i. i.ee
xx 0 0..0 0 0 0..2 2 0 0..4 4 0 0..6 6 0. 0 .8 8 1. 1 .0 0
FF((xx))^1 1..0^000 1 1..1^166 3 3..5^566 113 3..9^966 414 1..9^966 10101 1..0^000
y
AAllssoo
2 3 4 2
y n yn yn yn h
TThheerreeffoorree
2 (
y
EExxaammppllee
Given the table of values, estimate,
// y (1.3)
Solution Since x = 1.3 appear at beginning of the table, it is appropriate to use formulae
based on forward differences to find the derivatives. The difference table for the given
data is depicted below:
Using forward difference formula for
2 D f ( ), x
2 2 3 4 5 2
1 11 5 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 12 6
D f x f x f x f x f x h
= ∆ − ∆ + ∆ − ∆
We obtain
x 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.
y 2.9648 2.6599 2.3333 1.9922 1.6442 1.
x y ∆ f ( ) x ∆ 2 f ( ) x ∆ 3 f ( ) x ∆^4 f ( ) x ∆^5 f ( ) x
[ ]
[ ]
2
2
2
2
f
f
f
f
′′ (^) = (^) [ 282] = −0.
CCaassee IIVV:: DDeerriivvaattiioonn ooff TTwwoo aanndd tthhrreeee ppooiinntt ffoorrmmuullaaee::
RReettaaiinniinngg oonnllyy tthhee ffiirrsstt tteerrmm iinn eeqquuaattiioonn::
2 3 4 0 0 0 0 0 0
y y y Dy y y h
wwee ccaann ggeett aannootthheerr uusseeffuull ffoorrmm ffoorr tthhee ffiirrsstt ddeerriivvaattiivvee aass
i i 1 i (^ i )^ (^ i ) i
y y y y x h y x
h h h
SSiimmiillaarrllyy,, bbyy rreettaaiinniinngg oonnllyy tthhee ffiirrsstt tteerrmm iinn EEqqnn..
2 3 4 1
n n n n n n n
d y y y y Dy y y dx h
i i i 1 (^ i )^ (^ i ) i
y y y y x y x h y h h h
AAddddiinngg tthhee llaasstt ttwwoo eeqquuaattiioonnss,, wwee hhaavvee
i i i
y x h y x h y h
TThheessee EEqquuaattiioonnss ccoonnssttiittuuttee ttwwoo--ppooiinntt ffoorrmmuullaaee ffoorr tthhee ffiirrsstt ddeerriivvaattiivvee.. BByy rreettaaiinniinngg oonnllyy
tthhee ffiirrsstt tteerrmm iinn EEqquuaattiioonn ,,
2 3 4 (^2 0 0 ) (^2 ) (^0 2 ) 5 0
y y y d y D y y dx h y
wwee ggeett,,
2 2 1 2 2 2
i i^2 i i (^ i 2 )^ 2 (^ i )^ (^ i ) i
y y y y y x h y x h y x y h h h
SSiimmiillaarrllyy wwee ggeett^
2
2 2
i i i i i
y y x y x h y x h y h h
WWhhiillee rreettaaiinniinngg oonnllyy tthhee ffiirrsstt tteerrmm iinn tthhee eexxpprreessssiioonn ffoorr yy”” iinn tteerrmmss ooff^ δ^ wwee oobbttaaiinn docsity.com