Cálculo Numérico I, 

Segundo de Matemáticas, Primer semestre, Curso 2003/2004

Presentación

Este curso de Cálculo Numérico aborda principalmente el estudio numérico de los problemas que aparecen en las asignaturas de Cálculo I y de Álgebra Lineal. A fin de comprender el comportamiento de los métodos empleados será necesario estudiar previamente el manejo de los números en el ordenador, incluyendo los conceptos de precisión y de error, y los problemas generales de acumulación de errores en cálculos sucesivos.
Objetivos, destrezas y competencias que se van a adquirir
  • Resolución numérica de problemas planteados teóricamente en Cálculo y Álgebra lineal.
  • Estudio teórico de los métodos utilizados. 
  • Programación elemental de estos métodos.
  • Estudio del comportamiento de los errores.
  • Manejo de números en el ordenador.

Programa

  1. Números y operaciones mecánicas. Sistemas de numeración. Representación de números en el ordenador. Errores. Técnicas de cálculo. (1 semana y media)

  2. Resolución numérica de ecuaciones no lineales. Métodos clásicos. Teorema de la aplicación contractiva. Métodos iterativos. Extrapolación de Aitken. (2 semanas)

  3. Interpolación. Interpolación polinómica. Formas de Lagrange y de Newton. Acotación del error. Interpolación osculatoria. Comparación con el polinomio de Taylor. Splines.  (2 semanas y media)

  4. Integración y derivación numéricas. Reglas del punto medio y del trapecio. Regla de Simpson. Reglas de Newton-Cotes. Reglas Gaussianas. Otras reglas. Derivación numérica. Derivada del polinomio interpolador. Coeficientes indeterminados. Orden y error según el paso. Métodos elementales de resolución numérica de ecuaciones diferenciales. (3 semanas)

  5. Resolución numérica de sistemas lineales. Eliminación de Gauss. Factorizaciones. Número de operaciones. Método del pivote. Número de condición. El método de corrección por restos. Métodos iterativos. Ajuste por mínimos cuadrados. Autovalores. (3 semanas)


Bibliografía

Libros de texto:
J. M. Sanz-Serna; Diez lecciones de cálculo numérico; Universidad de Valladolid, 1998.
Kendall Atkinson; Elementary Numerical Analysis, 2nd ed.; John Wiley & Sons, 1993.

Otras referencias:
Kendall Atkinson;
An Introduction to Numerical Analysis; John Wiley & Sons, 1988.
Gilbert Strang; Algebra Lineal y sus Aplicaciones; Fondo Educativo Interamer., 1982.
Gilbert Stewart; Afternotes on Numerical Analysis; S.I.A.M., 1996.
A. Aubanell, A. Benseny, A. Deshalms; Útiles básicos del cálculo numérico; Labor, 1993.

MatLab:
David F. Griffiths; An Introduction to Matlab, version 2.2, August 2001. Disponible en formato pdf en la URL:

 http://www.maths.dundee.ac.uk/~ftp/na-reports/MatlabNotes.pdf

Desmond J. Higham, Nicholas J. Higham; MATLAB guide, SIAM, 2000.

Evaluación del curso

La evaluación del curso se realizará por medio de un examen final y la realización de tres prácticas que incluirán la resolución numérica de los ejercicios propuestos a tal efecto utilizando el programa MatLab. La entrega y superación de estos ejercicios prácticos es obligatoria para superar la asignatura tanto en la convocatoria de junio como en la de septiembre.

Si denominamos F a la nota obtenida en el examen final y P a la nota obtenida en las prácticas, la nota final de la asignatura, N, se calculará de la siguiente manera:

N = (0'3)P + (0'7)F,

siempre que P y F sean ambas superiores o iguales a 5.

Los alumnos que no hayan superado o realizado los ejercicios prácticos propuestos durante el curso deberán entregar el día del examen de septiembre los ejercicios que se propondrán al finalizar el mes de junio. 

Exámenes

Examen final:  lunes, 26 de enero; 10:00 horas.

Grupo 21: aula C-XIV-404.
Grupo 26: aula C-XIV-503.

Examen de septiembre: jueves, 10 de septiembre, por la tarde.

Calificaciones

Cuatro últimas cifras DNI Examen Calificación final
0163 1'5 3'5 Suspenso
0856 2'6 3'9 Suspenso
0972 2'5 4'5 Suspenso
1188 2'0 3'2 Suspenso
1196 5'0 5'7 Aprobado
1811 0'1 2'3 Suspenso
2969 5'9 6'5 Aprobado
3928 6'6 7'2 Notable
4504 4'0 5'0 Aprobado
4900 6'1 6'2 Aprobado
4981 6'2 7'3 Notable
5172 2'5 4'2 Suspenso
7650 4'5 5'0 Aprobado
8469 1'6 3'2 Suspenso

El examen final constará de tres ejercicios y una pregunta teórica. Esta última será sobre la materia cubierta del programa. Se espera que los enunciados se escriban cuidadosamente, separando las hipótesis de la conclusión y que las demostraciones se hagan justificando los pasos que llevan desde las hipótesis a la conclusión.

Puntos más importantes de la Teoría:

  • Método de Newton. Descripción analítica y geométrica. Análisis de la convergencia.
  • Teorema de la aplicación contractiva. Métodos iterativos de la forma x = G(x). Estudio del orden de convergencia.
  • Aceleración de la convergencia en el método de Newton cuando hay ceros múltiples.
  • Interpolación. Deducción de las formas de Lagrange y de Newton. Obtención de la fórmula de error.
  • Integración numérica. Deducción de las reglas compuestas del trapecio y de Simpson. Obtención de las fórmulas de error.
  • Deducción de las reglas de cuadratura de Gauss.
  • Qué es el número de condición y como aparece en el estudio de la estabilidad de las soluciones de un sistema lineal.

Ejercicios prácticos, clases de problemas y tutorías

Ejercicios prácticos: Para realizar los ejercicios propuestos están a disposición de los estudiantes de esta asignatura los ordenadores del aula de informática del Departamento de Matemáticas (módulo C-XV, planta primera). Todos ellos tienen instalado el programa MatLab que deberá usarse para realizar los ejercicios prácticos. 
Clases prácticas: a partir del lunes 13 de octubre, se impartirán clases prácticas, destinadas a conseguir una adecuada familiarización con el programa MatLab y a resolver dudas sobre el planteamiento y programación de los ejercicios prácticos que se deben entregar y de aquellos otros que requieran programación. Estas clases se impartirán en la sala 101 del módulo C-XV con el siguiente horario según el grupo de prácticas asignado:
  •      Lunes 13:30-15:30 (Grupos L1--L8 )
  •      Martes 13:30-15:30 (Grupos M1--M8 )
  •      Miércoles 13:30-15:30 (Grupos X1--X8 )
  •      Jueves 13:30-15:30 (Grupos J1--J9 )
Profesores y grupos
  • Grupo 21, L,M,X, 12:30; aula C-IX-401 Patricio Cifuentes, despacho C-XV-404. Horas de consulta (tutorías):  L, M, y X de 15:30 a 16:30.
  • Grupo 26, L,M,X, 15:30; aula C-IX_401 Bartolomé Barceló, despacho C-XV-501.
  • Clases prácticas:
    • Lunes y miércoles: P. Cifuentes
    • Martes y jueves: B. Barceló
Vuelta a la cabecera


Hojas de problemas y prácticas


Hoja 1
Hoja 2
Hoja 3
Hoja 4
Práctica1
Práctica 2
Práctica 3


Páginas Web

Página del Profesor Bartolomé Barceló
Sobre las matemáticas en Babilonia y la notación sexagesimal
Funes el memorioso. Jorge L. Borges
Unas notas de MatLab (en inglés; autor: D. F. Griffiths)
Números chinos, árabes y mayas
De Analysi
Fragmento del Analysis de Newton en el que se introduce el método de la tangente (método de Newton-Raphson): página 8; página 9; página 10; (las imágenes proceden del facsimile recientemente editado por la Real Sociedad Matemática Española).