Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

MCD 4140 Computing for Engineers

Self Study Exercise 6

Note: Tasks below can use for both hand calculation practice and programming practice.

Note: You might want to use extra sheet for hand calculation practice.

Task 1

Bisection Method

f(x) = sin(5x)+cos(3x), xl   = 1.5, xu   = 2.5, precision = 0.01

Iteration

x

x

x

f (xl )

f (xr )

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

False Position Method

f(x) = sin(5x)+cos(3x), xl   = 1.5, xu   = 2.5, precision = 0.01

Iteration

x

x

x

f (xl )

f (xr )

f (xu )

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

Task 2

Newton-Raphson Method

f(x) = -0.9x2  + 1.7x + 2.5, f’(x) = -0.9x + 1.7, xi = 4, precision = 0.0005

Iteration

x

i +1

f (xi )

f '(xi )

f (xi +1)

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

Secant Method

f(x) = -0.9x2 + 1.7x + 2.5, xi = 4, xi-1 = 5, precision = 0.0005

Iteration

i 1

x

i +1

f (xi 1)

f (xi )

f (xi +1)

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

Modified Secant Method

f(x) = -0.9x2 + 1.7x + 2.5, xi = 4,  δ = 0.02, precision = 0.0005

Iteration

xi  + δxi

x

i +1

f (xi  + δxi )

f (xi )

f (xi +1)

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

Task 3

When a bad’ initial guess is used, the open methods can be diverging. Develop your own MATLAB function for bisection in a similar fashion to the bisection program presented in the lecture slide. In addition, include an alternative stopping criterion, maximum iteration.

Task 4

The polynomial f (x) = 0.0074x4 - 0.284x3 + 3.355x2- 12. 183x + 5 has a real root between 15 and 20. Apply the Newton-Raphson method to this function using an initial guess of x0 = 16.15. Explain your results.

Task 5

Use (a) the Newton-Raphson method, (b) the secant method and (c) the modified secant method (δ = 0.05) to determine a zero of

f (x) = x5 −16.05x4 + 88.75x3 −192.0375x2 +116.35x + 31.6875            using an initial guess of and stopping criterion of 0.0001. Explain your results.

Task 6

Consider the following function:

f (x) = 3 + 6x + 5x2 + 3x3 + 4x4

Locate the minimum by finding the root of the derivative of this function. Use bisection with initial guesses of xl = 2 and xu = 1.

Task 7

A total charge Q is uniformly distributed around a ring-shaped conductor with radius a. A charge q is located at a distance x from the center of the ring. The force exerted on the charge by the ring is given by

1          qQx      

F =

4πe0   (x2 + a2 )3/ 2

where e0   =  8.85 ×  10- 12   C2/Nm2 , q = Q = 2 ×  10-5   C, and a  =  0.9m. Determine the distance x where the force is a maximum.

Task 8

A compound A will be converted to into B in a stirred tank reactor. The product B and unreacted A is recycled to the reactor. A process engineer has  found  that  the  initial  cost  of  the  system  is  a  function  of  the conversion xA . Find the conversion that will result in the lowest cost system. C is proportionality constant.

Cost = C |(|())||0.6  + 6(|())|0.6