10661

Интегрирование дифференциальных уравнений первого порядка методом Эйлера

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа 11. Интегрирование дифференциальных уравнений первого порядка методом Эйлера. Цель работы. Научиться решать дифференциальные уравнения первого порядка используя алгоритм Эйлера; сравнить численный результат с точным аналитическим выр...

Русский

2013-03-30

322 KB

6 чел.

Лабораторная  работа  11.

Интегрирование дифференциальных уравнений

первого порядка методом Эйлера.

Цель работы. Научиться решать дифференциальные уравнения первого порядка, используя алгоритм Эйлера; сравнить численный результат с точным аналитическим выражением.

 Теоретические положения.  Пусть задано уравнение

,                         (1)

с начальными условиями  . Значения функции в узлах  заменим сеточной функцией  .  Для простоты примем постоянный шаг  ,  - отрезок для поиска решения,  - количество точек деления отрезка.

Заменим производную конечно-разностным отношением

.                       (2)

Отсюда получаем алгоритм Эйлера:

.                    (3)

Зная значение функции в начальной точке  , можно последовательно найти значения функции во всех точках сетки. Результатом решения ДУ по форму-ле (3) является ломаная линия, проходящая через точки .

Порядок выполнения работы.  

- переписать исходные данные к работе:

    - дифференциальное уравнение,

    - начальные условия,

    - отрезок для поиска  решения,

     - точное решение.

- количество точек ломаной Эйлера  ,

- точность расчетов принять  равной  ,

- вычислить  в MathCad точки ломаной  Эйлера   по формуле (3), считая

   ,

- все данные расчетов занести в таблицу:

   -  номер шага,

    - дискретный аргумент,

     - решение ДУ методом Эйлера,  

     - точное решение.

- по данным таблицы построить графики   и  ,

- в точке   вычислить абсолютную и относительную погрешности

,    .

Варианты исходных данных.  Задано дифференциальное уравнение первого порядка   и  начальные условия  . Для проверки на интервале    его решения методом Эйлера - ,  приводится формула решения, полученного аналитическим  путем -   (из задачника).

Дифференциальное уравнение

Формула точного решения

Начальные

условия

Интервал

решения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

         Пример расчета.  

  1.  Цель работы: проинтегрировать дифференциальное уравнение первого порядка методом Эйлера.

  1.  Исходные данные:

           - дифференциальное уравнение,

           - интервал для поиска решения,      

    - начальные условия,      

   - точное решение,

- точность расчетов,

 - количество точек графиков.

  1.   Алгоритм Эйлера:

                   ,

  1.  Обозначим:

- решение полученное методом Эйлера,

- точное решение, данное в условии задачи,

- дискретный аргумент.

  1.  Все расчеты выполним в  Mathcad  по программе:

  1.  Составим таблицу  

i

0

1,047197551

0,523598776

0,523598776

1

1,256637061

0,314159265

0,314159266

2

1,466076571

0,104719755

0,104719756

3

1,675516081

-0,104719754

-0,104719754

4

1,884955591

-0,314159264

-0,314159264

5

2,094395101

-0,523598774

-0,523598774

6

2,303834611

-0,733038284

-0,733038284

7

2,513274121

-0,942477794

-0,942477794

8

2,722713631

-1,151917304

-1,151917304

9

2,932153141

-1,361356814

-1,361356814

10

3,141592651

-1,570796324

-1,570796327

  1.  По данным таблицы строим графики:

8.Выводы по работе:  Выполняются  студентами  самостоятельно.


x

3

:=

y

p

6

:=

y1

y

tan

y

(

)

-

tan

x

(

)

*

(

)

2

×

p

×

30

+

:=

y2

asin

cos

x

(

)

(

)

:=

x1

x

2

p

×

30

+

:=

y1

0.039918945

=

y2

0.523598776

=

x1

1.256637061

=


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38007. Изучение устойчивости комплексного соединения в растворе при разбавлении и при введении посторонних веществ 197.5 KB
  Теоретическое введение Предположим что мы определяем металл М по фотометрической реакции М iR = MRi измеряя поглощение образующегося комплекса на длине волны λ остальные компоненты и комплексы М и с R стехиометрии на этой длине не поглощают. МRi = βRi [R]` φ Обозначая индексами Л и П величины относящиеся соответственно к пробе и эталону запишем : `MRi = ``MRi...
38008. Диагностика и лечение дисфагии при заболеваниях центральной нервной системы. Клинические рекомендации 352 KB
  При отборе публикаций, как потенциальных источников доказательств, использованная каждым исследователем методология изучалась для того, чтобы убедиться в ее валидности. Результат изучения влияет на уровень доказательств, присваеваемый публикации, что в свою очередь влияет на силу, вытекающих из нее рекомендаций.
38009. Методы защиты речевой конфиденциальной информации от утечки по воздушному акустическому каналу 747.5 KB
  Получить практические навыки по: работе с измерительными приборами: генератором среднегеометрических частот октавных полос речевого сигнала шумомером акустическими излучателями прибором для определения уровня звукового давления акустического сигнала на базе ПЭВМ; расчету параметров несущих конструкций определяющих возможность образования канала утечки речевой информации их анализу и разработке предложений по повышению уровня защищённости защищаемого помещения пассивными методами защиты; работе с нормативными документами...
38010. ИССЛЕДОВАНИЕ СОРТИРОВОК РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ 156 KB
  Задача работы: овладеть навыками написания программ при исследовании различных методов сортировки. Теория Среди улучшенных методов сортировки встречаются как доработанные прямые методы так и методы уже более высокого уровня т. с новой идеей где одним из элементов сортировки является прямой метод.
38011. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ НА ГРАФАХ 1.78 MB
  Краткая теория Представление графов Для представления графов чаще всего применяется матрица смежности это матрица [n n] где n число элементов а элементы [i j] могут быть равны значению 0 или x flse или 1 true в зависимости от того присутствует ли дуга из вершины i в вершину j рис.n] of integer то можно составить оператор L_SMEG_V который определяет множество смежных вершин для заданной вершины v и записывает их в вектор типа ms. function L_SMEG_Vv2 n1:integer; vr k1:integer:ms; {v2 это вершина для которой ищут все...
38012. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СЛОЖНОСТИ ИССЛЕДУЕМЫХ АЛГОРИТМОВ 146.5 KB
  Краткая теория Теория сложности алгоритмов Сложность алгоритма характеристика алгоритма определяющая зависимость времени выполнения программы описывающей этот алгоритм от объёма обрабатываемых данных. Формально определяется как порядок функции выражающей время работы алгоритма. Эффективность алгоритма временная сложность в самом худшем случае Ofn или просто fn.
38013. ИЗУЧЕНИЕ БЕТА –АКТИВНОСТИ 145.5 KB
  10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 95 ИЗУЧЕНИЕ БЕТА АКТИВНОСТИ Цель работы Изучение явления бета распада определение длины пробега частиц и максимальной энергии частиц радиоактивного источника. Например радиоактивный изотоп водорода испускает частицы с Еmx = 18 кэВ а изотоп азота с Еmx = 166 МэВ. Типичная кривая распределения частиц по энергиям изображена на рис.1 где dN dE число частиц имеющих полную энергию от Е до Е dЕ Еmx максимальная энергия частиц данного радиоактивного вещества.
38014. Изучение нормального закона распределения случайных величин (закон Гаусса) на основе опытных данных 190 KB
  Составить интервальную таблицу частот статистический интервальный ряд распределения: а Разбить весь диапазон случайных величин на k интервалов. Строки 13 Таблицы 3 называют статистическим интервальным рядом распределения. Интервальный ряд распределения изобразить графически в виде гистограммы.
38015. ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ 115.5 KB
  Если измерение ведется на определенной длине волны а прибор снабжен монохроматором процесс титрования называют спектрофотометрическим титрованием. находят по резкому перегибу полученной в ходе титрования графической зависимости оптической плотности раствора поглощения пропускания от объема добавленного титранта. При СФтитровании достигается особая селективность что связано с возможностью перехода в ходе титрования многокомпонентных систем от одной длины волны к другой.