derivadas - o método de newton
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Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
Derivadas - O Metodo de Newton
Ademir Alves Ribeiro
Maio / 2007
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
1 Derivada e reta tangente
2 Aplicacao na otimizacao
3 O Metodo de Newton
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
A reta secante
a a+hh
f(a+h)−f (a)Coeficiente angular
mh =f (a+h)− f (a)
h
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O “limite” das retas secantes
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
A reta tangente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O sinal da derivada
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ = 0 (maximo local)
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ < 0 ⇒ funcao decrescente
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ < 0 ⇒ funcao decrescente
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ < 0 ⇒ funcao decrescente
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ < 0 ⇒ funcao decrescente
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ < 0 ⇒ funcao decrescente
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ < 0 ⇒ funcao decrescente
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ = 0 (mınimo local)
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′ > 0 ⇒ funcao crescente
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
O sinal da derivada segunda
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ < 0 ⇒ f ′ decrescente ⇒ f concava
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ = 0 (ponto de inflexao)
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O Metodo de Newton
O “limite” das retas secantesO sinal da derivadaO sinal da derivada segunda
f ′′ > 0 ⇒ f ′ crescente ⇒ f convexa
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O Metodo de NewtonExemplo
Construir uma caixa de volume maximo.
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O Metodo de NewtonExemplo
Construir uma caixa de volume maximo.
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O Metodo de NewtonExemplo
Construir uma caixa de volume maximo.
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O Metodo de NewtonExemplo
Construir uma caixa de volume maximo.
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O Metodo de NewtonExemplo
Calculo do volume
Volume da caixa
V (x) = (a−2x)(b−2x)x = 4x3−2(a+b)x2 +abx
Domınio da variavel x
0≤ x≤ b2
Derivada
V ′(x) = 12x2−4(a+b)x+ab
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O Metodo de NewtonExemplo
Calculo do volume
Volume da caixa
V (x) = (a−2x)(b−2x)x = 4x3−2(a+b)x2 +abx
Domınio da variavel x
0≤ x≤ b2
Derivada
V ′(x) = 12x2−4(a+b)x+ab
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
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O Metodo de NewtonExemplo
Calculo do volume
Volume da caixa
V (x) = (a−2x)(b−2x)x = 4x3−2(a+b)x2 +abx
Domınio da variavel x
0≤ x≤ b2
Derivada
V ′(x) = 12x2−4(a+b)x+ab
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
Volume da caixa
V (x) = 4x3−26x2 +40x
Derivada
V ′(x) = 12x2−52x+40
Raızes da derivada
x1 = 1 e x2 =103
Solucao
x∗ = 1 e V ∗ = V (x∗) = 18
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
Volume da caixa
V (x) = 4x3−26x2 +40x
Derivada
V ′(x) = 12x2−52x+40
Raızes da derivada
x1 = 1 e x2 =103
Solucao
x∗ = 1 e V ∗ = V (x∗) = 18
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
Volume da caixa
V (x) = 4x3−26x2 +40x
Derivada
V ′(x) = 12x2−52x+40
Raızes da derivada
x1 = 1 e x2 =103
Solucao
x∗ = 1 e V ∗ = V (x∗) = 18
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
Volume da caixa
V (x) = 4x3−26x2 +40x
Derivada
V ′(x) = 12x2−52x+40
Raızes da derivada
x1 = 1 e x2 =103
Solucao
x∗ = 1 e V ∗ = V (x∗) = 18
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O Metodo de NewtonExemplo
Exemplo com a = 8 e b = 5
−1 0 1 2 3 4 5−10
0
10
20
30
40
50
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
O Metodo de Newton
O problema aqui consiste em obter uma raiz da equacao f (x) = 0.
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 1
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Calculo do passo
xn+1 xn
Reta tangente
y− f (xn) = f ′(xn)(x− xn)
Novo ponto (y = 0)
xn+1 = xn−f (xn)f ′(xn)
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 2
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
O novo ponto neste caso
f (x) = x2−a
xn+1 = xn−f (xn)f ′(xn)
= xn−x2
n−a2xn
=12
(xn +
axn
)
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode nao convergir!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode nao convergir!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode nao convergir!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode nao convergir!
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Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode nao convergir!
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode nao convergir!
Ribeiro, A. A. Derivadas - O Metodo de Newton
Derivada e reta tangenteAplicacao na otimizacao
O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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O Metodo de Newton
Exemplo 1Exemplo 2Exemplo 3
Exemplo 3: o metodo pode convergir para outro ponto!
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