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Centrale 2015 - Méthodes d’EulerInformatique pour tou(te)s - semaines 48 & 49
Guillaume CONNAN
Lycée Clemenceau - MP / MP⋆
novembre - décembre 2015
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Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthoded’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Étude de schémas numériques
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthoded’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Étude de schémas numériques
Question II.A.1
y ′′(t) = f (y(t)) On introduit z ∶ I → R, z ∶ t ↦ y ′(t) Montrer que l’équation peut se mettre sous la forme d’un système
différentiel du premier ordre en z(t) et y(t) noté (S).
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Étude de schémas numériques
Question II.A.1
y ′′(t) = f (y(t)) On introduit z ∶ I → R, z ∶ t ↦ y ′(t) Montrer que l’équation peut se mettre sous la forme d’un système
différentiel du premier ordre en z(t) et y(t) noté (S).
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Étude de schémas numériques
Question II.A.1
y ′′(t) = f (y(t)) On introduit z ∶ I → R, z ∶ t ↦ y ′(t) Montrer que l’équation peut se mettre sous la forme d’un système
différentiel du premier ordre en z(t) et y(t) noté (S).
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Étude de schémas numériques
Question II.A.1
y ′′(t) = f (y(t)) On introduit z ∶ I → R, z ∶ t ↦ y ′(t) Montrer que l’équation peut se mettre sous la forme d’un système
différentiel du premier ordre en z(t) et y(t) noté (S).
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Étude de schémas numériques
⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩
y ′(t) = z(t)
z ′(t) = f (y(t))
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Étude de schémas numériques
Question II.A.2n > 1, Jn = J0,n − 1K, t = tmax−tmin
n−1 , ti = tmin + ihMontrer que pour tout entier i ∈ J0,n − 2K
y(ti+1) = y(ti)+∫ti+1
tiz(t)dt z(ti+1) = z(ti)+∫
ti+1
tif (y(t))dt
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Étude de schémas numériques
∫ti+1
tiz(t) dt = ∫
ti+1
tiy ′(t) dt = y(ti+1) − y(ti)
∫ti+1
tif (y(t)) dt = ∫
ti+1
tiz ′(t) dt = z(ti+1) − z(ti)
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Étude de schémas numériques
∫ti+1
tiz(t) dt = ∫
ti+1
tiy ′(t) dt = y(ti+1) − y(ti)
∫ti+1
tif (y(t)) dt = ∫
ti+1
tiz ′(t) dt = z(ti+1) − z(ti)
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Schéma d’Euler explicite
Dans le schéma d’Euler explicite, chaque terme sous le signe intégrale est remplacé parsa valeur prise en la borne inférieure.
Question II.B.1Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent de définir deux suites(yi)i∈Jn et (zi)i∈Jn où yi et zi sont des valeurs approchées de y(ti) et z(ti).Donner les relations de récurrence permettant de déterminer les valeurs de yi et ziconnaissant y0 et z0.
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Schéma d’Euler explicite
Dans le schéma d’Euler explicite, chaque terme sous le signe intégrale est remplacé parsa valeur prise en la borne inférieure.
Question II.B.1Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent de définir deux suites(yi)i∈Jn et (zi)i∈Jn où yi et zi sont des valeurs approchées de y(ti) et z(ti).Donner les relations de récurrence permettant de déterminer les valeurs de yi et ziconnaissant y0 et z0.
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
∫
ti+1
tiz(ti) dt = zih ∫
ti+1
tif (y(ti)) dt = f (yi)h
yi+1 = yi + zih zi+1 = zi + f (yi)h
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
∫
ti+1
tiz(ti) dt = zih ∫
ti+1
tif (y(ti)) dt = f (yi)h
yi+1 = yi + zih zi+1 = zi + f (yi)h
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
EULER EXPLICITE = MÉTHODE DES RECTANGLES
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.2Écrire une fonction euler qui reçoit en argument les paramètres qui vous semblentpertinents et qui renvoie deux listes de nombres correspondant aux valeurs associées auxsuites (yi)i∈Jn et (zi)i∈Jn .Vous justifierez le choix des paramètres transmis à la fonction.
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
def euler(f, y0, z0, h, n) :y, z = y0, z0ys, zs = [y], [z]for i in range(n - 1) :
fy = f(y)y, z = y + z*h, z + fy*hys.append(y)zs.append(z)
return ys, zs
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Pour illustrer cette méthode, on considère l’équation différentielle
y ′′(t) = −ω2y(t)
dans laquelle ω est un nombre réel.
Question II.B.3.aMontrer qu’on peut définir une quantité E, indépendante du temps, vérifiant une équationde la forme :
12y ′(t)2 + g(y(t)) = E
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Pour illustrer cette méthode, on considère l’équation différentielle
y ′′(t) = −ω2y(t)
dans laquelle ω est un nombre réel.
Question II.B.3.aMontrer qu’on peut définir une quantité E, indépendante du temps, vérifiant une équationde la forme :
12y ′(t)2 + g(y(t)) = E
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
y ′′(t) = −ω2y(t)
122y ′(t)y ′′(t) = −
12ω22y ′(t)y(t)
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
E = cte g = x ↦ω2
2x2
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
y ′′(t) = −ω2y(t)
122y ′(t)y ′′(t) = −
12ω22y ′(t)y(t)
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
E = cte g = x ↦ω2
2x2
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
y ′′(t) = −ω2y(t)
122y ′(t)y ′′(t) = −
12ω22y ′(t)y(t)
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
E = cte g = x ↦ω2
2x2
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
y ′′(t) = −ω2y(t)
122y ′(t)y ′′(t) = −
12ω22y ′(t)y(t)
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
E = cte g = x ↦ω2
2x2
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.bOn note Ei la valeur approchée de E à l’instant ti , i ∈ Jn , calculée en utilisant les valeursapprochées de y(ti) et z(ti) obtenues à la question II.B.1. Montrer que
Ei+1 − Ei = h2ω2Ei
On fait les calculs et ça marche avec zi+1 = zi − ω2yih
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.bOn note Ei la valeur approchée de E à l’instant ti , i ∈ Jn , calculée en utilisant les valeursapprochées de y(ti) et z(ti) obtenues à la question II.B.1. Montrer que
Ei+1 − Ei = h2ω2Ei
On fait les calculs et ça marche avec zi+1 = zi − ω2yih
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.bOn note Ei la valeur approchée de E à l’instant ti , i ∈ Jn , calculée en utilisant les valeursapprochées de y(ti) et z(ti) obtenues à la question II.B.1. Montrer que
Ei+1 − Ei = h2ω2Ei
On fait les calculs et ça marche avec zi+1 = zi − ω2yih
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.cQu’aurait donné un schéma numérique qui satisfait à la conservation de E ?
Ben...l’énergie se conserve. On devrait avoir ∆E = 0
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.cQu’aurait donné un schéma numérique qui satisfait à la conservation de E ?
Ben...l’énergie se conserve. On devrait avoir ∆E = 0
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.cQu’aurait donné un schéma numérique qui satisfait à la conservation de E ?
Ben...l’énergie se conserve. On devrait avoir ∆E = 0
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.dEn portant les valeurs de yi et zi sur l’axe des abscisses et l’axe des ordonnéesrespectivement, quelle serait l’allure du graphe qui respecte la conservation de E ?
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
12z2+ω2
2y2
= E
Ellipse
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
12z2+ω2
2y2
= E
Ellipse
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
12y ′(t)2 +
ω2
2y(t)2 = E
12z2+ω2
2y2
= E
Ellipse
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
Question II.B.3.eLa mise en œuvre de la méthode d’Euler explicite génère le résultat graphique donnéfigure 1 à gauche. Dans un système d’unités adapté, les calculs ont été menés en prenanty0 = 3, z0 = 0, tmin = 0, tmax = 3, ω = 2π et n = 100
En quoi ce graphe confirme-t-il que le schéma numérique ne conserve pas E ?Pouvez-vous justifier son allure ?
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
import matplotlib.pyplot as plt
def phase_euler(f, y0, z0, h, n) :ys, zs = euler(f, y0, z0, h, n)plt.plot(ys, zs)plt.savefig("Graph.pdf")
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
In [46]: phase_euler(lambda x: -(2*pi)**2*x, 3, 0, 3/100,100)
15 10 5 0 5 10 15 2080
60
40
20
0
20
40
60
80
100
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Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler explicite
In [46]: phase_euler(lambda x: -(2*pi)**2*x, 3, 0, 3/2**13,2**13)
4 3 2 1 0 1 2 3 420
15
10
5
0
5
10
15
20
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
Le physicien français Loup Verlet a proposé en 1967 un schéma numérique d’intégrationd’une équation de la forme (II.1) dans lequel, en notant fi = f (yi) et fi+1 = f (yi+1), lesrelations de récurrence s’écrivent
yi+1 = yi + hzi +h2
2fi zi+1 = zi +
h
2(fi + fi+1)
Question II.C.1Écrire une fonction verlet qui reçoit en argument les paramètres qui vous semblentpertinents et qui renvoie deux listes de nombres correspondant aux valeurs associées auxsuites (yi)i∈Jn et (zi)i∈Jn .
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
def verlet(f, y0, z0, h, n) :y, z = y0, z0ys, zs = [y], [z]for i in range(n - 1) :
fy = f(y)y = y + h*z + 0.5*h**2*fyfy_new = f(y)z = z + 0.5*h*(fy + fy_new)ys.append(y)zs.append(z)
return ys, zs
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
def phase(methode, f, y0, z0, h, n, no) :ys, zs = methode(f, y0, z0, h, n)plt.plot(ys, zs)plt.savefig(’Graph’ + str(no) + ’.pdf’)
In [18]: phase(verlet, lambda x: -(2*pi)**2*x, 3, 0, 3/100, 100, 3)
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
def phase(methode, f, y0, z0, h, n, no) :ys, zs = methode(f, y0, z0, h, n)plt.plot(ys, zs)plt.savefig(’Graph’ + str(no) + ’.pdf’)
In [18]: phase(verlet, lambda x: -(2*pi)**2*x, 3, 0, 3/100, 100, 3)
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
3 2 1 0 1 2 320
15
10
5
0
5
10
15
20
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
D’où sortent ces formules ?Verlet / Leapfrog / Point milieu
Point milieu
t
f (y(t))
t0b t2 t3 t4 ti−0.5 ti ti+0.5
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
D’où sortent ces formules ?Verlet / Leapfrog / Point milieu
Point milieu
t
f (y(t))
t0b t2 t3 t4 ti−0.5 ti ti+0.5
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
D’où sortent ces formules ?Verlet / Leapfrog / Point milieu
Point milieu
t
f (y(t))
t0b t2 t3 t4 ti−0.5 ti ti+0.5
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
zi+1/2 − zi−1/2 = ∫ti+1/2
ti−1/2f (y(t)) dt = hfi
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
Point milieu
t
z(t)
t0 t1 t2 t3 t4 ti ti+0.5 ti+1
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
yi+1 − yi = ∫ti+1
tiz(t) dt = hzi+1/2
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
zi+3/2 = zi+1/2 + hfi+1
= zi−1/2 + h(fi + fi+1)
zi+3/2 + zi+1/2
2=zi+3/2 + zi+1/2
2+h(fi + fi+1)
2
zi+1 = zi + hfi + fi+1
2
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
zi+3/2 = zi+1/2 + hfi+1
= zi−1/2 + h(fi + fi+1)
zi+3/2 + zi+1/2
2=zi+3/2 + zi+1/2
2+h(fi + fi+1)
2
zi+1 = zi + hfi + fi+1
2
Guillaume.Connan@univnantes.fr 34 / 108
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
zi+3/2 = zi+1/2 + hfi+1
= zi−1/2 + h(fi + fi+1)
zi+3/2 + zi+1/2
2=zi+3/2 + zi+1/2
2+h(fi + fi+1)
2
zi+1 = zi + hfi + fi+1
2
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
yi+1 = yi + hzi+1/2
zi =zi−1/2 + zi+1/2
2zi−1/2 = zi+1/2 − hfi
zi+1/2 = zi + hfi
2
yi+1 = yi + h (zi +hfi
2)
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
yi+1 = yi + hzi+1/2
zi =zi−1/2 + zi+1/2
2zi−1/2 = zi+1/2 − hfi
zi+1/2 = zi + hfi
2
yi+1 = yi + h (zi +hfi
2)
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
yi+1 = yi + hzi+1/2
zi =zi−1/2 + zi+1/2
2zi−1/2 = zi+1/2 − hfi
zi+1/2 = zi + hfi
2
yi+1 = yi + h (zi +hfi
2)
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
yi+1 = yi + hzi+1/2
zi =zi−1/2 + zi+1/2
2zi−1/2 = zi+1/2 − hfi
zi+1/2 = zi + hfi
2
yi+1 = yi + h (zi +hfi
2)
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Étude de schémas numériquesSchéma de Verlet
yi+1 = yi + hzi+1/2
zi =zi−1/2 + zi+1/2
2zi−1/2 = zi+1/2 − hfi
zi+1/2 = zi + hfi
2
yi+1 = yi + h (zi +hfi
2)
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Approximation polynomiale
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthoded’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Approximation polynomialeInter(extra)polation
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Approximation polynomialeInter(extra)polation
On connaît les valeurs d’une fonction f en des points xi et on cherche à en déduire uneapproximation polynomiale P de f sur [a,b].InterpolationExtrapolationIntégrationÉquations différentielles
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Approximation polynomialeInter(extra)polation
On connaît les valeurs d’une fonction f en des points xi et on cherche à en déduire uneapproximation polynomiale P de f sur [a,b].InterpolationExtrapolationIntégrationÉquations différentielles
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Approximation polynomialeInter(extra)polation
On connaît les valeurs d’une fonction f en des points xi et on cherche à en déduire uneapproximation polynomiale P de f sur [a,b].InterpolationExtrapolationIntégrationÉquations différentielles
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Approximation polynomialeInter(extra)polation
On connaît les valeurs d’une fonction f en des points xi et on cherche à en déduire uneapproximation polynomiale P de f sur [a,b].InterpolationExtrapolationIntégrationÉquations différentielles
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Approximation polynomialeInter(extra)polation
On connaît les valeurs d’une fonction f en des points xi et on cherche à en déduire uneapproximation polynomiale P de f sur [a,b].InterpolationExtrapolationIntégrationÉquations différentielles
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Edward Waring(1736 - 1798)
1779 : Problems Concerning Interpolations
Giuseppe Lodovico de Lagrangia(1736 - 1813)
1795 : Leçons Élémentaires sur lesMathématiques Données a l’École Normale
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Edward Waring(1736 - 1798)
1779 : Problems Concerning Interpolations
Giuseppe Lodovico de Lagrangia(1736 - 1813)
1795 : Leçons Élémentaires sur lesMathématiques Données a l’École Normale
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Edward Waring(1736 - 1798)
1779 : Problems Concerning Interpolations
Giuseppe Lodovico de Lagrangia(1736 - 1813)
1795 : Leçons Élémentaires sur lesMathématiques Données a l’École Normale
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Edward Waring(1736 - 1798)
1779 : Problems Concerning Interpolations
Giuseppe Lodovico de Lagrangia(1736 - 1813)
1795 : Leçons Élémentaires sur lesMathématiques Données a l’École Normale
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
On travaillera dans cette section avec des polynômes de Rn[X ], une fonction numériqueréelle f définie sur un intervalle [a,b] et une famille x0, x1, ..., xn de n + 1 pointsdistincts de [a,b].
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Théorème 1Il existe un polynôme Pn de Rn[X ] et un seul tel que :
∀i ∈ 0,1, ...,n Pn(xi) = f (xi)
Ce polynôme s’écrit :
Pn(X) =n
∑i=0
f (xi)Li(X)
avec :
Li(X) =n
∏j=0,j≠i
X − xj
xi − xj
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Q(X) =n
∏j=0
(X − xj)
Q′(X) =
n
∑i=0
n
∏j=0,j≠i
(X − xj)
Q′(xi) =
n
∏j=0,j≠i
(xi − xj)
Li(X) =Q(X)
Q′(xi)(X − xi)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Q(X) =n
∏j=0
(X − xj)
Q′(X) =
n
∑i=0
n
∏j=0,j≠i
(X − xj)
Q′(xi) =
n
∏j=0,j≠i
(xi − xj)
Li(X) =Q(X)
Q′(xi)(X − xi)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Q(X) =n
∏j=0
(X − xj)
Q′(X) =
n
∑i=0
n
∏j=0,j≠i
(X − xj)
Q′(xi) =
n
∏j=0,j≠i
(xi − xj)
Li(X) =Q(X)
Q′(xi)(X − xi)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Q(X) =n
∏j=0
(X − xj)
Q′(X) =
n
∑i=0
n
∏j=0,j≠i
(X − xj)
Q′(xi) =
n
∏j=0,j≠i
(xi − xj)
Li(X) =Q(X)
Q′(xi)(X − xi)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Choix de la base :
base canonique : matrice de Vandermonde base des polynômes de Lagrange : matrice diagonale base des différences divisées : 1, X − x0,(X − x0)(X − x1),...,(X − x0)(X − x1)⋯(X − xn−1)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Choix de la base :
base canonique : matrice de Vandermonde base des polynômes de Lagrange : matrice diagonale base des différences divisées : 1, X − x0,(X − x0)(X − x1),...,(X − x0)(X − x1)⋯(X − xn−1)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
Choix de la base :
base canonique : matrice de Vandermonde base des polynômes de Lagrange : matrice diagonale base des différences divisées : 1, X − x0,(X − x0)(X − x1),...,(X − x0)(X − x1)⋯(X − xn−1)
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Approximation polynomialeLagrange, Waring, Gauß, Newton
D’un point de vue algorithmique, que se passe-t-il lorsqu’on rajoute un point pouraméliorer l’interpolation ?
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Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
f [x0, x2, ..., xk ] =f [x1, ..., xk ] − f [x0, ..., xk−1]
xk − x0
f [x0] f [x0, x1] f [x0, x1, x2] f [x0, x1, x2, x3]f [x1] f [x1, x2] f [x1, x2, x0]
f [x2] f [x2, x3]
f [x3]
Coefficients du polynôme interpolateur dans la base des différences divisées :
Pn(t) = f [x0] +n
∑k=1
f [x0, ..., xk ](t − x0)(t − x1)⋯(t − xk−1)
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Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
f [x0, x2, ..., xk ] =f [x1, ..., xk ] − f [x0, ..., xk−1]
xk − x0
f [x0] f [x0, x1] f [x0, x1, x2] f [x0, x1, x2, x3]f [x1] f [x1, x2] f [x1, x2, x0]
f [x2] f [x2, x3]
f [x3]
Coefficients du polynôme interpolateur dans la base des différences divisées :
Pn(t) = f [x0] +n
∑k=1
f [x0, ..., xk ](t − x0)(t − x1)⋯(t − xk−1)
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Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
f [x0, x2, ..., xk ] =f [x1, ..., xk ] − f [x0, ..., xk−1]
xk − x0
f [x0] f [x0, x1] f [x0, x1, x2] f [x0, x1, x2, x3]f [x1] f [x1, x2] f [x1, x2, x0]
f [x2] f [x2, x3]
f [x3]
Coefficients du polynôme interpolateur dans la base des différences divisées :
Pn(t) = f [x0] +n
∑k=1
f [x0, ..., xk ](t − x0)(t − x1)⋯(t − xk−1)
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Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
D’un point de vue algorithmique, que se passe-t-il lorsqu’on rajoute un point pouraméliorer l’interpolation ?
f [x0] f [x0, x1] f [x0, x1, x2] f [x0, x1, x2, x3] f [x0, x1, x2, x3, x4]f [x1] f [x1, x2] f [x1, x2, x0] f [x1, x2, x3, x4]
f [x2] f [x2, x3] f [x2, x3, x4]
f [x3] f [x3, x4]
f [x4]
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Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
D’un point de vue algorithmique, que se passe-t-il lorsqu’on rajoute un point pouraméliorer l’interpolation ?
f [x0] f [x0, x1] f [x0, x1, x2] f [x0, x1, x2, x3] f [x0, x1, x2, x3, x4]f [x1] f [x1, x2] f [x1, x2, x0] f [x1, x2, x3, x4]
f [x2] f [x2, x3] f [x2, x3, x4]
f [x3] f [x3, x4]
f [x4]
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![Page 89: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/89.jpg)
Approximation polynomialeNewton / Différences divisées
D’un point de vue algorithmique, que se passe-t-il lorsqu’on rajoute un point pouraméliorer l’interpolation ?
f [x0] f [x0, x1] f [x0, x1, x2] f [x0, x1, x2, x3] f [x0, x1, x2, x3, x4]f [x1] f [x1, x2] f [x1, x2, x0] f [x1, x2, x3, x4]
f [x2] f [x2, x3] f [x2, x3, x4]
f [x3] f [x3, x4]
f [x4]
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![Page 90: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/90.jpg)
Approximation polynomialeCherchez l’erreur
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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![Page 91: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/91.jpg)
Approximation polynomialeCherchez l’erreur
Soit Pn un polynôme interpolateur en x0, x2,...,xn points distincts de [a,b] d’une fonctionf définie sur [a,b].Soit t ∈ [a,b] distinct des xi (sinon...). Posons en(t) = Pn(t) − f (t) et Pn+1 le polynômequi interpole f en x0,...,xn , t .
Pn+1(t) = f (t) = Pn(t) + f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
en(t) = −f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
Une ne formule de Cauchy montre que si f est de classe Cn+1 sur [a,b], il existeξt ∈]a,b[ tel que :
en(t) = −f (n+1)(ξt)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi) soit ∣en(t)∣ ⩽ maxξ∈]a,b[
∣f (n+1)(ξ)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi)∣
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Approximation polynomialeCherchez l’erreur
Soit Pn un polynôme interpolateur en x0, x2,...,xn points distincts de [a,b] d’une fonctionf définie sur [a,b].Soit t ∈ [a,b] distinct des xi (sinon...). Posons en(t) = Pn(t) − f (t) et Pn+1 le polynômequi interpole f en x0,...,xn , t .
Pn+1(t) = f (t) = Pn(t) + f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
en(t) = −f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
Une ne formule de Cauchy montre que si f est de classe Cn+1 sur [a,b], il existeξt ∈]a,b[ tel que :
en(t) = −f (n+1)(ξt)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi) soit ∣en(t)∣ ⩽ maxξ∈]a,b[
∣f (n+1)(ξ)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi)∣
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Approximation polynomialeCherchez l’erreur
Soit Pn un polynôme interpolateur en x0, x2,...,xn points distincts de [a,b] d’une fonctionf définie sur [a,b].Soit t ∈ [a,b] distinct des xi (sinon...). Posons en(t) = Pn(t) − f (t) et Pn+1 le polynômequi interpole f en x0,...,xn , t .
Pn+1(t) = f (t) = Pn(t) + f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
en(t) = −f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
Une ne formule de Cauchy montre que si f est de classe Cn+1 sur [a,b], il existeξt ∈]a,b[ tel que :
en(t) = −f (n+1)(ξt)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi) soit ∣en(t)∣ ⩽ maxξ∈]a,b[
∣f (n+1)(ξ)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi)∣
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Approximation polynomialeCherchez l’erreur
Soit Pn un polynôme interpolateur en x0, x2,...,xn points distincts de [a,b] d’une fonctionf définie sur [a,b].Soit t ∈ [a,b] distinct des xi (sinon...). Posons en(t) = Pn(t) − f (t) et Pn+1 le polynômequi interpole f en x0,...,xn , t .
Pn+1(t) = f (t) = Pn(t) + f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
en(t) = −f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
Une ne formule de Cauchy montre que si f est de classe Cn+1 sur [a,b], il existeξt ∈]a,b[ tel que :
en(t) = −f (n+1)(ξt)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi) soit ∣en(t)∣ ⩽ maxξ∈]a,b[
∣f (n+1)(ξ)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi)∣
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Approximation polynomialeCherchez l’erreur
Soit Pn un polynôme interpolateur en x0, x2,...,xn points distincts de [a,b] d’une fonctionf définie sur [a,b].Soit t ∈ [a,b] distinct des xi (sinon...). Posons en(t) = Pn(t) − f (t) et Pn+1 le polynômequi interpole f en x0,...,xn , t .
Pn+1(t) = f (t) = Pn(t) + f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
en(t) = −f [x0, x2, ..., xn, t]n
∏i=0
(t − xi)
Une ne formule de Cauchy montre que si f est de classe Cn+1 sur [a,b], il existeξt ∈]a,b[ tel que :
en(t) = −f (n+1)(ξt)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi) soit ∣en(t)∣ ⩽ maxξ∈]a,b[
∣f (n+1)(ξ)
(n + 1)!
n
∏i=0
(t − xi)∣
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Approximation polynomialeChoix des points
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Approximation polynomialeChoix des points
∣en(t)∣ ⩽1
(n + 1)!∥
n
∏i=0
(t − xi)∥∞∥f (n+1)
∥∞
∥n
∏i=0
(t − xi)∥∞
Ce n’est qu’un début...
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Approximation polynomialeChoix des points
∣en(t)∣ ⩽1
(n + 1)!∥
n
∏i=0
(t − xi)∥∞∥f (n+1)
∥∞
∥n
∏i=0
(t − xi)∥∞
Ce n’est qu’un début...
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Approximation polynomialeChoix des points
∣en(t)∣ ⩽1
(n + 1)!∥
n
∏i=0
(t − xi)∥∞∥f (n+1)
∥∞
∥n
∏i=0
(t − xi)∥∞
Ce n’est qu’un début...
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Approximation polynomialeInstabilité
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Approximation polynomialeInstabilité
Juste pour information...On appele ne constante de Lebesgue le réel
Λn = maxt∈[a,b]
n
∑i=0
∣Li(t)∣
Alors
Théorème 2Soit f une fonction continue sur [a,b].
∥en∥∞ ⩽ (1 + Λn) minQ∈R[X]
∥f − Q∥∞
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Méthodes de Newton-Cotes
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthoded’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt =
n
∑i=1
wi f (xi) + En(f )
les wi sont les poids, les xi sont les pivots, En(f ) l’erreur commise.
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt =
n
∑i=1
wi f (xi) + En(f )
les wi sont les poids, les xi sont les pivots, En(f ) l’erreur commise.
Guillaume.Connan@univnantes.fr 57 / 108
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt =
n
∑i=1
wi f (xi) + En(f )
les wi sont les poids, les xi sont les pivots, En(f ) l’erreur commise.
Guillaume.Connan@univnantes.fr 57 / 108
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt =
n
∑i=1
wi f (xi) + En(f )
les wi sont les poids, les xi sont les pivots, En(f ) l’erreur commise.
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt ≈ ∫
b
aPn(t) dt = ∫
b
a
n
∑i=0
f (xi)Li(t) dt
=n
∑i=0
(∫
b
aLi(t) dt)
´¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¸¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¶wi
f (xi)
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt ≈ ∫
b
aPn(t) dt = ∫
b
a
n
∑i=0
f (xi)Li(t) dt
=n
∑i=0
(∫
b
aLi(t) dt)
´¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¸¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¶wi
f (xi)
Guillaume.Connan@univnantes.fr 59 / 108
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt ≈ ∫
b
aPn(t) dt = ∫
b
a
n
∑i=0
f (xi)Li(t) dt
=n
∑i=0
(∫
b
aLi(t) dt)
´¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¸¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¶wi
f (xi)
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Méthodes de Newton-Cotes
∫
b
af (t) dt ≈ ∫
b
aPn(t) dt = ∫
b
a
n
∑i=0
f (xi)Li(t) dt
=n
∑i=0
(∫
b
aLi(t) dt)
´¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¸¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¹¶wi
f (xi)
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Méthodes de Newton-Cotes
Dans la base des différences divisées :
∫
b
af (t) dt ≈ ∫
b
af [x0] +
n
∑k=1∫
b
af [x0, ..., xk ](t − x0)(t − x1)⋯(t − xk−1) dt
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Méthodes de Newton-Cotes
On notera :
I (f ) = ∫b
af (t) dt
In(f ) =n
∑i=0
wi f (xi)
En(f ) = I (f ) − In(f )
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Méthodes de Newton-Cotes
On notera :
I (f ) = ∫b
af (t) dt
In(f ) =n
∑i=0
wi f (xi)
En(f ) = I (f ) − In(f )
Guillaume.Connan@univnantes.fr 63 / 108
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Méthodes de Newton-Cotes
On notera :
I (f ) = ∫b
af (t) dt
In(f ) =n
∑i=0
wi f (xi)
En(f ) = I (f ) − In(f )
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Méthodes de Newton-Cotes
Définition 3Une méthode de quadrature est exacte sur un ensemble A si pour toute fonction f de A :
En(f ) = 0
Définition 4Une méthode de quadrature est d’ordre m si elle est exacte pour tout xk avec k ∈ 0...m
mais n’est pas exacte pour xm+1.
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Méthodes de Newton-Cotes
Définition 3Une méthode de quadrature est exacte sur un ensemble A si pour toute fonction f de A :
En(f ) = 0
Définition 4Une méthode de quadrature est d’ordre m si elle est exacte pour tout xk avec k ∈ 0...m
mais n’est pas exacte pour xm+1.
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Méthodes de Newton-Cotes
Définition 3Une méthode de quadrature est exacte sur un ensemble A si pour toute fonction f de A :
En(f ) = 0
Définition 4Une méthode de quadrature est d’ordre m si elle est exacte pour tout xk avec k ∈ 0...m
mais n’est pas exacte pour xm+1.
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
Guillaume.Connan@univnantes.fr 65 / 108
![Page 119: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/119.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
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![Page 120: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/120.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
Guillaume.Connan@univnantes.fr 66 / 108
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
Guillaume.Connan@univnantes.fr 66 / 108
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
x0 = a OU x0 = b
I0(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt OU f (b)∫
b
aL0(t) dt
L0(t) = 1
Théorème 5 (Formule des rectangles)
∫
b
af (t) dt ≈ (b − a)f (a) OU (b − a)f (b)
Si f est C1, il existe ξ ∈]a,b[ tel que
R0(f ) = ±(b − a)2
2f ′(ξ)
Démonstration ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
def rect( f, a, b, n ):s = 0h = ( b - a ) / nfor k in range( n ):
s += h * f( a + k*h )return s
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
Cette méthode est-elle bien d’ordre 0 ?
∫
b
a1 dt = (b − a) = f (a)(b − a)
∫
b
at dt =
b2 − a2
2≠ f (a)(b − a)
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
Cette méthode est-elle bien d’ordre 0 ?
∫
b
a1 dt = (b − a) = f (a)(b − a)
∫
b
at dt =
b2 − a2
2≠ f (a)(b − a)
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0
Cette méthode est-elle bien d’ordre 0 ?
∫
b
a1 dt = (b − a) = f (a)(b − a)
∫
b
at dt =
b2 − a2
2≠ f (a)(b − a)
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
x0 = a x1 = b
I1(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt + f (b)∫
b
aL1(t) dt
L0(t) =t − b
a − bL1(t) =
t − a
b − a
Calculez....
Théorème 6 (Formule des trapèzes)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
2(f (a) + f (b))
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
x0 = a x1 = b
I1(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt + f (b)∫
b
aL1(t) dt
L0(t) =t − b
a − bL1(t) =
t − a
b − a
Calculez....
Théorème 6 (Formule des trapèzes)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
2(f (a) + f (b))
Guillaume.Connan@univnantes.fr 70 / 108
![Page 133: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/133.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
x0 = a x1 = b
I1(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt + f (b)∫
b
aL1(t) dt
L0(t) =t − b
a − bL1(t) =
t − a
b − a
Calculez....
Théorème 6 (Formule des trapèzes)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
2(f (a) + f (b))
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
x0 = a x1 = b
I1(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt + f (b)∫
b
aL1(t) dt
L0(t) =t − b
a − bL1(t) =
t − a
b − a
Calculez....
Théorème 6 (Formule des trapèzes)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
2(f (a) + f (b))
Guillaume.Connan@univnantes.fr 70 / 108
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
x0 = a x1 = b
I1(f ) = f (a)∫b
aL0(t) dt + f (b)∫
b
aL1(t) dt
L0(t) =t − b
a − bL1(t) =
t − a
b − a
Calculez....
Théorème 6 (Formule des trapèzes)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
2(f (a) + f (b))
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
Si f est C2, il existe ξ ∈]a,b[ tel que :
∣R1(f )∣ =(b − a)3
12∣f ′′(ξ)∣
Ipp de ∫b
a(t −
a + b
2) f ′(t) dt + théorème de la moyenne.
Ordre 1 ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
Si f est C2, il existe ξ ∈]a,b[ tel que :
∣R1(f )∣ =(b − a)3
12∣f ′′(ξ)∣
Ipp de ∫b
a(t −
a + b
2) f ′(t) dt + théorème de la moyenne.
Ordre 1 ?
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![Page 138: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/138.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
Si f est C2, il existe ξ ∈]a,b[ tel que :
∣R1(f )∣ =(b − a)3
12∣f ′′(ξ)∣
Ipp de ∫b
a(t −
a + b
2) f ′(t) dt + théorème de la moyenne.
Ordre 1 ?
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![Page 139: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/139.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 1
Exercice 1Méthode du point milieu : quel est son ordre ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
x0 = a, x1 =a + b
2, x2 = b
Pour changer, allons dans la base des différences divisées :
P2(t) = f [x0] + f [x0, x1](t − x0) + f [x0, x1, x2](x − x0)(x − x1)
Calculez...
Théorème 7 (Formule de Simpson)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
6(f (a) + 4f (
a+
2) + f (b))
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
x0 = a, x1 =a + b
2, x2 = b
Pour changer, allons dans la base des différences divisées :
P2(t) = f [x0] + f [x0, x1](t − x0) + f [x0, x1, x2](x − x0)(x − x1)
Calculez...
Théorème 7 (Formule de Simpson)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
6(f (a) + 4f (
a+
2) + f (b))
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Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
x0 = a, x1 =a + b
2, x2 = b
Pour changer, allons dans la base des différences divisées :
P2(t) = f [x0] + f [x0, x1](t − x0) + f [x0, x1, x2](x − x0)(x − x1)
Calculez...
Théorème 7 (Formule de Simpson)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
6(f (a) + 4f (
a+
2) + f (b))
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![Page 144: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/144.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
x0 = a, x1 =a + b
2, x2 = b
Pour changer, allons dans la base des différences divisées :
P2(t) = f [x0] + f [x0, x1](t − x0) + f [x0, x1, x2](x − x0)(x − x1)
Calculez...
Théorème 7 (Formule de Simpson)
∫
b
af (t) dt ≈ b − a
6(f (a) + 4f (
a+
2) + f (b))
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![Page 145: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/145.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
ordre ?
∣R2(f )∣ =(b − a)5
2880∣f (4)(ξ)∣
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![Page 146: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/146.jpg)
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 2
ordre ?
∣R2(f )∣ =(b − a)5
2880∣f (4)(ξ)∣
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthoded’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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![Page 148: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/148.jpg)
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
y ′(x) = f (y(x), x)
∫
xn+1
xny ′(x) dx ≈ y ′(xn) × (xn+1 − xn) = f (yn, xn) × (xn+1 − xn) = h × f (yn, xn)
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
y ′(x) = f (y(x), x)
∫
xn+1
xny ′(x) dx ≈ y ′(xn) × (xn+1 − xn) = f (yn, xn) × (xn+1 − xn) = h × f (yn, xn)
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
y ′(x) = f (y(x), x)
∫
xn+1
xny ′(x) dx ≈ y ′(xn) × (xn+1 − xn) = f (yn, xn) × (xn+1 − xn) = h × f (yn, xn)
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
y ′(x) = f (y(x), x)
∫
xn+1
xny ′(x) dx ≈ y ′(xn) × (xn+1 − xn) = f (yn, xn) × (xn+1 − xn) = h × f (yn, xn)
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
y ′(x) = f (y(x), x)
∫
xn+1
xny ′(x) dx ≈ y ′(xn) × (xn+1 − xn) = f (yn, xn) × (xn+1 − xn) = h × f (yn, xn)
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
def rect(f, a, b, n):s = 0h = ( b - a ) / nfor k in range( n ):
s += h * f( a + k*h )return s
def euler_exp(f, a, b, y0, n):y = y0h = ( b - a ) / nys = [y]for k in range( n ):
y += h * f( y, a + k*h )ys.append(y)
return ys
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L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)
def rect(f, a, b, n):s = 0h = ( b - a ) / nfor k in range( n ):
s += h * f( a + k*h )return s
def euler_exp(f, a, b, y0, n):y = y0h = ( b - a ) / nys = [y]for k in range( n ):
y += h * f( y, a + k*h )ys.append(y)
return ys
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Algo ≠ Programme : approximation de π
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthoded’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Algo ≠ Programme : approximation de π
π = 4∫1
0
√1 − t2 dt
from math import sqrt, pi
def f(t):return sqrt(1-t*t)
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Algo ≠ Programme : approximation de π
π = 4∫1
0
√1 − t2 dt
from math import sqrt, pi
def f(t):return sqrt(1-t*t)
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des rectangles
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des rectangles
def int_rec_droite(f,a,b,N):S = 0t = adt = (b-a)/Nwhile t < b :
S += f(t)*dtt += dt
return S
def int_rec_gauche(f,a,b,N):S = 0t = adt = (b-a)/Nwhile t+dt < b :
S += f(t+dt)*dtt += dt
return S
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des rectangles
def int_rec_droite(f,a,b,N):S = 0t = adt = (b-a)/Nwhile t < b :
S += f(t)*dtt += dt
return S
def int_rec_gauche(f,a,b,N):S = 0t = adt = (b-a)/Nwhile t+dt < b :
S += f(t+dt)*dtt += dt
return S
Guillaume.Connan@univnantes.fr 82 / 108
![Page 161: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/161.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des rectangles
>>> 4*int_rec_gauche(f,0,1,100)3.1204170317790454>>> 4*int_rec_gauche(f,0,1,10000)3.1413914777848557
>>> pi - 4*int_rec_gauche(f,0,1,10000)0.0002011758049373924
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![Page 162: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/162.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des rectangles
>>> 4*int_rec_gauche(f,0,1,100)3.1204170317790454>>> 4*int_rec_gauche(f,0,1,10000)3.1413914777848557
>>> pi - 4*int_rec_gauche(f,0,1,10000)0.0002011758049373924
Guillaume.Connan@univnantes.fr 83 / 108
![Page 163: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/163.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des rectangles
>>> for k in range(8): print(pi - 4*int_rec_gauche(f,0,1,10**k))...3.1415926535897930.237074321381010030.0211756218107477250.0020371866787676220.00020117580493739242.003710526476965e-052.001187481948108e-061.9943306694969465e-07
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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![Page 165: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/165.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
def int_trap(f,a,b,N):S = 0t = adt = (b-a)/Nwhile t+dt <= b :
S += (f(t)+f(t+dt))*dt/2t += dt
return S
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
>>> for k in range(8): print(pi-4*int_trap(f,0,1,10**k))...1.14159265358979310.037074324361242360.0039969690066827820.000126607034396375441.1758915650084134e-063.7144431530578004e-084.015919596866979e-09-5.628750798791771e-10
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
>>> for k in range(8): print(pi-4*int_trap(f,0,1,10**k))...1.14159265358979310.037074324361242360.0039969690066827820.000126607034396375441.1758915650084134e-063.7144431530578004e-084.015919596866979e-09-5.628750798791771e-10
Dernier résultat ? ?
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
>>> def int_trap(f,a,b,N):S=0dt=(b-a)/Nfor k in range(N):
S += (f(a + k*dt) + f(a + (k+1)*dt)) * dt/2return S
... ... ... ... ... ...>>> for k in range(8): print(pi - 4*int_trap(f,0,1,10**k))...1.14159265358979310.0370743273414748660.0011756218107490393.7186678768730275e-051.1759784679377105e-063.718782926043218e-081.1759344609174605e-093.643840784661734e-11
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
π = 12(∫
12
0f (t) dt −
√3
8)
>>> for k in range(7): print(pi-12*(int_trap(f,0,1/2,10**k)-sqrt(3)/8))...0.141592653589793120.00144305559755197880.052061985053589940.0051971622085238421.4433143569192453e-091.3836487511298401e-115.1961539169198545e-06
? ? ? ? ?
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
π = 12(∫
12
0f (t) dt −
√3
8)
>>> for k in range(7): print(pi-12*(int_trap(f,0,1/2,10**k)-sqrt(3)/8))...0.141592653589793120.00144305559755197880.052061985053589940.0051971622085238421.4433143569192453e-091.3836487511298401e-115.1961539169198545e-06
? ? ? ? ?
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
π = 12(∫
12
0f (t) dt −
√3
8)
>>> for k in range(7): print(pi-12*(int_trap(f,0,1/2,10**k)-sqrt(3)/8))...0.141592653589793120.00144305559755197880.052061985053589940.0051971622085238421.4433143569192453e-091.3836487511298401e-115.1961539169198545e-06
? ? ? ? ?
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![Page 172: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/172.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode des trapèzes
>>> for k in range(7): print(pi-12*(int_trap(f,0,1/2,10**k)-sqrt(3)/8))...0.141592653589792230.00144305559755197881.4433724657703095e-051.443375703402694e-071.4433609862862795e-091.439337538045038e-111.1457501614131615e-13
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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![Page 174: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/174.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
def int_simps(f,a,b,N):S = 0t = adt = (b-a)/Nwhile t+dt <= b:
S += ( f(t) + 4*f(t + dt/2) + f(t + dt) ) * dt/6t += dt
return S
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> for k in range(8): print(pi-4*int_simps(f,0,1,10**k))...0.165524910164623670.005145588339179330.0037661847094767610.00011925832541592741.6234044686314064e-075.117280821309578e-093.783345636776403e-09-5.92078830408127e-10
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> for k in range(8): print(pi -12*(int_simps(f,0,1/2,10**k)-sqrt(3)/8))
...0.00066011495125373197.997674877913141e-080.05204774283222280.005197018063311631-2.042810365310288e-14-5.88862292261183e-135.1961537730349505e-06-8.213874025386758e-11
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> for k in range(8): print(pi -12*(int_simps(f,0,1/2,10**k)-sqrt(3)/8))
...0.00066011495125373197.997674877913141e-088.021139308311831e-125.329070518200751e-152.1316282072803006e-14-3.907985046680551e-14-3.375077994860476e-14-5.284661597215745e-13
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
Ah oui, j’ai eu un cours sur les flottants
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> for k in range(13):print(pi-12*(int_simps(f,0,1/2,2**k)-sqrt(3)/8))
...0.00066011495125373194.72214266773463e-053.0824728671774437e-061.9496909775540416e-071.222303502856903e-087.645306610015723e-104.779110440722434e-112.9887203822909214e-121.8474111129762605e-137.993605777301127e-15-4.440892098500626e-16-1.3766765505351941e-14-8.881784197001252e-15
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> f(1e-8)1.0
while et forwhile t+dt<=b
>>> 1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.3 <= 1False
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> f(1e-8)1.0
while et forwhile t+dt<=b
>>> 1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.3 <= 1False
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> f(1e-8)1.0
while et forwhile t+dt<=b
>>> 1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.3 <= 1False
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
>>> f(1e-8)1.0
while et forwhile t+dt<=b
>>> 1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.3 <= 1False
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
print(’-’*75)print(’:22s | :22s | :22s’.format(’rectangle gauche’, ’trapeze’,
’simpson’))
print(’-’*75)
for k in range(10):print(":1.16e | :1.16e | :1.16e".format(\
pi-12*(int_rec_gauche(f, 0, 1/2, 2**k)-sqrt(3)/8), \pi-12*(int_trap(f, 0, 1/2, 2**k)-sqrt(3)/8), \pi-12*(int_simps(f, 0, 1/2, 2**k)-sqrt(3)/8)))
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
---------------------------------------------------------------------------rectangle gauche | trapeze | simpson---------------------------------------------------------------------------5.4351644223647e-01 | 1.4159265358979e-01 | 6.6011495125373e-042.3685514393423e-01 | 3.5893249610888e-02 | 4.7221426677346e-051.0948967563440e-01 | 9.0087284727298e-03 | 3.0824728671774e-065.2494967553668e-02 | 2.2544939728321e-03 | 1.9496909775540e-072.5684006510449e-02 | 5.6376972003269e-04 | 1.2223035028569e-081.2701069992491e-02 | 1.4095159728411e-04 | 7.6453066100157e-106.3152976703237e-03 | 3.5238472716692e-05 | 4.7791104407224e-113.1488392528258e-03 | 8.8096540218352e-06 | 2.9887203822909e-121.5722172151479e-03 | 2.2024157457778e-06 | 1.8474111129762e-137.8555800377522e-04 | 5.5060407389007e-07 | 7.9936057773011e-15
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Algo ≠ Programme : approximation de πMéthode de Simpson
démonstration mathématique et domination de la machine valent mieux qu’observation etutilisation au petit bonheur
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
Sommaire
Étude de schémas numériquesSchéma d’Euler expliciteSchéma de Verlet
Approximation polynomialeInter(extra)polationLagrange, Waring, Gauß, NewtonNewton / Différences diviséesCherchez l’erreurChoix des pointsInstabilité
Méthodes de Newton-CotesNewton-Cotes d’ordre 0Newton-Cotes d’ordre 1Newton-Cotes d’ordre 2
L’A et l’Ω de l’ingénieur : la méthode d’Euler... :-)Algo ≠ Programme : approximation de π
Méthode des rectanglesMéthode des trapèzesMéthode de SimpsonBye bye π ?
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
>>> from decimal import*# on regle la precision a 30 chiffres>>> getcontext().prec = 30# on rentre les nombres entre apostrophes, comme des chaines>>> deux=Decimal(’2’)>>> deux.sqrt()Decimal(’1.41421356237309504880168872421’)>>> getcontext().prec = 50>>> deux.sqrt()Decimal(’1.4142135623730950488016887242096980785696718753769’)
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
James Gregory 1671 :
Arctan(x) =+∞
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1
Wilhelm Leibniz 1682 : critère spécial des séries alternées :
∣Arctan(x) −n
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1∣ <
x2n+3
2n + 3
Valeur de n telle que a2n+32n+3 ⩽ 10−d ?
(2 +3n) log
1a⩾d
n−
log(2n + 3)n
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
James Gregory 1671 :
Arctan(x) =+∞
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1
Wilhelm Leibniz 1682 : critère spécial des séries alternées :
∣Arctan(x) −n
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1∣ <
x2n+3
2n + 3
Valeur de n telle que a2n+32n+3 ⩽ 10−d ?
(2 +3n) log
1a⩾d
n−
log(2n + 3)n
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
James Gregory 1671 :
Arctan(x) =+∞
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1
Wilhelm Leibniz 1682 : critère spécial des séries alternées :
∣Arctan(x) −n
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1∣ <
x2n+3
2n + 3
Valeur de n telle que a2n+32n+3 ⩽ 10−d ?
(2 +3n) log
1a⩾d
n−
log(2n + 3)n
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
James Gregory 1671 :
Arctan(x) =+∞
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1
Wilhelm Leibniz 1682 : critère spécial des séries alternées :
∣Arctan(x) −n
∑k=0
(−1)kx2k+1
2k + 1∣ <
x2n+3
2n + 3
Valeur de n telle que a2n+32n+3 ⩽ 10−d ?
(2 +3n) log
1a⩾d
n−
log(2n + 3)n
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
John Machin 1706 :
4 arctan15− arctan
1239
=π
4
Polynôme de Gregory
Gn(X) =n
∑k=0
(−1)kX 2k+1
2k + 1
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
John Machin 1706 :
4 arctan15− arctan
1239
=π
4
Polynôme de Gregory
Gn(X) =n
∑k=0
(−1)kX 2k+1
2k + 1
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
def greg(a,N):ad = Decimal(’1’)/Decimal(str(a))nd = addd = Decimal(’1’)s = nd/ddfor k in range(1,N):
nd *= Decimal(’-1’)*ad*addd += Decimal(’2’)s += nd/dd
return s
def pi_machin(d):getcontext().prec = d+2rap=2*log(5)/log(10)N=int(d/rap)+1return 4*(4*greg(5,N)-greg(239,N))
Guillaume.Connan@univnantes.fr 106 / 108
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
def greg(a,N):ad = Decimal(’1’)/Decimal(str(a))nd = addd = Decimal(’1’)s = nd/ddfor k in range(1,N):
nd *= Decimal(’-1’)*ad*addd += Decimal(’2’)s += nd/dd
return s
def pi_machin(d):getcontext().prec = d+2rap=2*log(5)/log(10)N=int(d/rap)+1return 4*(4*greg(5,N)-greg(239,N))
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
>>> PI-pi_machin(1000)Decimal(’-1.5E-1000’)
>>> pi_machin(1000)Decimal(’3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230781640628\6208998628034825342117067982148086513282306647093844609550582231725359408128481117450\2841027019385211055596446229489549303819644288109756659334461284756482337867831652712\0190914564856692346034861045432664821339360726024914127372458700660631558817488152092\0962829254091715364367892590360011330530548820466521384146951941511609433057270365759\5919530921861173819326117931051185480744623799627495673518857527248912279381830119491\2983367336244065664308602139494639522473719070217986094370277053921717629317675238467\4818467669405132000568127145263560827785771342757789609173637178721468440901224953430\1465495853710507922796892589235420199561121290219608640344181598136297747713099605187\0721134999999837297804995105973173281609631859502445945534690830264252230825334468503\5261931188171010003137838752886587533208381420617177669147303598253490428755468731159\56286388235378759375195778185778053217122680661300192787661119590921642019915’)
Guillaume.Connan@univnantes.fr 107 / 108
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Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
>>> PI-pi_machin(1000)Decimal(’-1.5E-1000’)
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Guillaume.Connan@univnantes.fr 107 / 108
![Page 199: Centrale 2015 - Méthodes d’Eulerdownload.tuxfamily.org/tehessinmath/les pdf/centrale_2015... · 2015. 11. 25. · Dans ce schéma, montrer que les équations précédentes permettent](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081614/5fc1cae6f57b4d76df696f3a/html5/thumbnails/199.jpg)
Algo ≠ Programme : approximation de πBye bye π ?
Et sinon :
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