12. évfolyam
Határozott integrál Monte-Carlo módszerrel 1
Szükséges előismeret
Határozott integrál, geometriai valószínűség.
Módszertani célkitűzés
Szabálytalan síkidomok területének becslésének szemléltetése valószínűségszámítási módszerrel.
Az alkalmazás nehézségi szintje, tanárként
Könnyű (nem igényel külön készülést).
Felhasználói leírás
Az f(x)=x2-2x+1 ; függvény határozott integráljának közelítő meghatározása Monte-Carlo módszerrel különböző intervallumokon.
Tanácsok az interaktív alkalmazás használatához
Olyan xkezdő és xzáró értékeket vegyünk fel, melyekre [xkezdő; xzáró] intervallumon a függvény értékkészlete nem negatív.
Feladatok
-
Állítsd be xkezdő = 1 és xzáró = 4 értékeket. A pontok számának növelésével juss el 1000 pontig, és foglald össze, mit tapasztalsz!
A jobb oldali koordináta rendszerben a határozott integrál közelítő értéke látható. Adjunk lehetőséget arra, saját szavaikkal fogalmazzák meg a tapasztalataikat.
-
Mekkora a valószínűsége annak, egy pont a függvény grafikonja és az x tengely közti területre esik, azaz belső pont? (A grafikonra eső pontok is legyenek belső pontok.)
A geometriai valószínűség esetén egy véletlen kísérlet elemi eseményeit egy geometriai alakzat pontjainak kiválasztásával modellezzük. Annak valószínűsége, hogy egy pont egy adott geometriai alakzatba esik, arányos az alakzat területével. Jelen esetbe:
-
Az xkezdő és xzáró értékeket állítsd be három különböző értékre, melyek három különböző téglalapot határoznak meg. Ezt követően mindhárom esetben a pontok számának növelésével háromszor egymás után juss el 1000 pontig, és készíts táblázatot (k, n, k/n) a belső pontok számáról. Számítsd k/n átlagát és szórását mindhárom esetben! Mit tapasztalsz?
Az átlagok alapján számított értékek alig térnek el a határozott integráltól, a szórás kicsi.
-
Milyen kapcsolat lehet a görbe alatti terület és az xkezdő és xzáró értékek, valamint a hozzájuk rendelt függvényértékek közül a nagyobb által meghatározott téglalap területe között? A két függvényérték közül miért a nagyobbat válasszuk?
A görbe alatti terület közelítő értéke a lesz, ahol T az xkezdő és xzáró értékek valamint általuk meghatározott intervallumon felvett maximumérték által meghatározott téglalap területe, k a görbe alatti területbe eső pontok száma; n a téglalapba szórt pontok száma. Segítségként használhatjuk a „Görbe alatti terület” jelölőnégyzetet. Azért választjuk az xkezdő és xzáró helyeken felvett függvényértékek közül a nagyobbat, mert a függvény tulajdonságai miatt ez az intervallumon felvett maximum.