11554

Освоить численный метод, алгоритм и программу вычисления производной от таблично заданной функции

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Отчет по лабораторной работе №2 Численное дифференцирование 1. Цель работы. Освоить численный метод алгоритм и программу вычисления производной от таблично заданной функции. 2.Задание. Составить алгоритм программу вычисления остаточных членов R для форм

Русский

2013-04-08

86.5 KB

19 чел.

Отчет по лабораторной работе №2

“Численное дифференцирование”

1. Цель работы.

Освоить численный метод, алгоритм и программу вычисления производной от таблично заданной функции.

2.Задание.

Составить алгоритм, программу вычисления остаточных членов R для формул интегрирования методами левых, правых и средних прямоугольников, и методом Симпсона.

Для метода левых, правых и средних прямоугольников:

    (1)

Для формулы Симпсона:

    (2)

Таблица 1 Исходные данные.

Номер варианта

Подинтегральная функция

Пределы интегрирования

07

4*x^3*cosx+x^4*sinx

0 - П/4

Рисунок 1. График функции y= 4*x^3*cosx+x^4*sinx.

3. Программа.

var

mas: array [1..5000] of real;

d1: array [1..1000] of real;

d2: array [1..1000] of real;

d3: array [1..1000] of real;

d4: array [1..1000] of real;

F1,F2,F3,R1,R2, t, h, x, F, y, a, b : real;

i, N: integer;

begin

writeln('vvedite chislo intervalov');

readln (N);

a:=0.0001;

b:=Pi/4;

h:=(b-a)/(N-1);

x:=a;

for i:=1 to N do

begin

y:=4*(x*x*x)*cos(x)+(x*x*x*x)*sin(x);

mas[i]:=y;

x:=x+h;

end;

for i:=1 to N-1 do

begin

d1[i]:=(mas[i+1]-mas[i])/h;

end;

for i:=1 to N-2 do

begin

d2[i]:=(d1[i+1]-d1[i])/h;

end;

for i:=1 to N-3 do

begin

d3[i]:=(d2[i+1]-d2[i])/h;

end;

for i:=1 to N-4 do

begin

d4[i]:=(d3[i+1]-d3[i])/h;

end;

F:=0;

for i:=1 to N-1 do

begin

t:=h*(mas[i]+mas[i+1])/2;

R1:=((h*h*h)*d2[i])/24;

F:=F+t+R1;

end;

writeln ('F=',F,'R=',R1);

F1:=0;

for i:=2 to N do

begin

t:=h*(mas[i]+mas[i+1])/2;

R1:=((h*h*h)*d2[i])/24;

F1:=F1+t+R1;

end;

writeln ('F1=',F1,'R=',R1);

F2:=0;

for i:=1 to N-1 do

begin

t:=h*(mas[i]+mas[i+1])/2;

R1:=((h*h*h)*d2[i])/24;

F2:=F2+t+R1;

end;

writeln ('F2=',F2,'R=',R1);

begin

F3:=0;

for i:=1 to N-1 do

begin

t:=(h/6)*(mas[i]+2*(mas[i]+mas[i+1])+mas[i+1]);

R2:=((h*h*h*h*h)*d4[i])/180;

F3:=F3+t+R2;

end;

writeln ('F3=',F3,'R=',R2);

end;

end.

4. Результаты.

С помощью, приведенной выше программы, были рассчитаны значения интеграла от уравнения, указанного в таблице 1, четырьмя различными способами: методом левых, правых и средних прямоугольников, и методом Симпсона с вычислением остаточного члена R. Точность результатов, получаемая каждым методом различна. Кроме того она зависит от количества отрезков n на которые разбивается интервал интегрирования. Программа позволяет указывать вручную параметр n.  Данные, полученные разными методами, при различном значении n, без добавления остаточного члена R приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Значения интеграла в зависимости от метода и числа отрезков n.

Рисунок 3. Значения интеграла в зависимости от метода и числа отрезков n, с добавлением R.

Таблица 2 Значения интеграла в зависимости от метода и числа отрезков n.

Метод левых

прямоугольников

Метод правых

прямоугольников

Метод средних

прямоугольников

Метод Симпсо

на

n

Δ1

Δ2

Δ3

Δ4

0,345

0,336

0,165

0,345

10

0.0015

0.002

0,005

0.000375

0,342

0,332

0,155

0,342

20

0

0.0015

0,0025

0

0,342

0,329

0,150

0,342

40

0.0005

0,0005

0,001

0.000125

0,341

0,328

0,148

0,341

80

0

0,0005

0,0005

0

0,341

0,327

0,147

0,341

160

0

0

0,0005

0

0,341

0,327

0,146

0,341

320

Таблица 3 Значения интеграла в зависимости от метода и числа отрезков n.

Метод левых

прямоугольников

Метод правых

прямоугольников

Метод средних

прямоугольников

Метод Симпсона

n

Δ1

Δ2

Δ3

Δ4

0.346

0.418

0.346

0.345

10

0.0015

0.021

0.0015

0.000375

0.343

0.376

0.343

0.342

20

0.0005

0.009

0.0005

0

0.342

0.358

0.342

0.342

40

0.0005

0.004

0.0005

0.000125

0.341

0.350

0.341

0.341

80

0

0.0025

0

0

0.341

0.345

0.341

0.341

160

0

0.001

0

0

0.341

0.343

0.341

0.341

320

При нахождении значения интеграла 4-мя различными методами была произведена оценка погрешности данных расчетов методом Рунге:

D=(Fh-Fh/2)/2k-1.

Полученные значения D приведены в таблице 1. Точность, полученная разными методами оказалась различной (таблица 3).

Таблица 4 Значение n при котором достигается необходимая точность, т.е. D<0.001

Метод

Метод левых

прямоугольников

Метод правых

прямоугольников

Метод средних

прямоугольников

Метод Симпсона

n

160

160

80

20

В таблице 4 приведены значения интегралов, вычисленные различными методами при значении n=80, с прибавлением R  и без прибавления.

5. Выводы.

Наиболее точные результаты были получены методам Симпсона и методом средних прямоугольников. Значения, полученные данными методами, уже при n=10 имеют точность до 2-го знака после запятой, а при n=80 погрешность вообще равна 0 (таблица 2 и 3). Значения интеграла от функции 4*x^3*cosx+x^4*sinx, полученные методом правых прямоугольников при различных значениях n, имеют тоже небольшую погрешность, но по сравнению с методом средних прямоугольников и методом Симпсона все-таки имеют худшую погрешность. Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности использования на практике формулы Симпсона, либо формулы средних прямоугольников, а при использовании формулы правых, или левых прямоугольников следует помнить о необходимости  задания большого числа отрезков n.    

Для расчета остаточного члена R был использован метод численного вычисления производной. После добавления R при вычислении значений интеграла, можно увидеть, что точность значений вычисленных методами левых и правых прямоугольников несколько снизилась. Значения, полученные методами Симпсона и средних прямоугольников при добавлении и без добавления R, отличаются слабо.   

Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности использования на практике формулы Симпсона, либо формулы средних прямоугольников, а при использовании формулы правых, или левых прямоугольников следует помнить о необходимости  задания большого числа отрезков n. Кроме того, прежде чем использовать ту или иную формулу, следует проанализировать графический вид исходной аналитической зависимости, и на основе такого анализа выбрать наиболее подходящий метод вычисления интеграла.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47233. Предсказание коммуникационных расходов параллельных программ 205 KB
  Параллельное программирование На сегодняшний день параллельные вычислительные системы дают наибольшую производительность в решении задач требующих большого количества вычислений часто на больших объемах данных. MPI. Самая распространенная реализация модели передачи сообщений это стандарт MPI Messge Pssing Interfce описывающий ряд функций для обмена данными между отдельными процессами или внутри...
47234. Метод обнаружения удаленных атак 331 KB
  АНАЛИЗ УДАЛЕННЫХ АТАК СЕТЕВАЯ безопасность ПРОТОКОЛЫ TCP IP ОБНАРУЖЕНИЕ АТАК Настоящая дипломная работа содержит результаты анализа удаленных атак и разработку Далее краткая сводка о выполненной работе.
47235. Гидропневматическая система подрессоривания с лопастным аморитзатором для быстроходной гусеничной машины массой 18 тонн 331.88 KB
  напрямую влияет на точность стрельбы с ходу и скорость машины на марше. Колебания кузова машины обуславливают появление толчков и ударов возникающих при ее движении по неровностям утомляют водителя снижают остроту восприятия им быстроменяющихся условий движения. ГПР представляет из себя двухтрубную конструкцию расположенную горизонтально вдоль борта машины. ГПП оснащена автоматом разгрузки предназначенным для защиты упруго элемента пневмоцилиндра от сжатия его высоким давлением жидкости в процессе подъёма машины при увеличении клиренса.
47238. ДИПЛОМНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ УГОЛОВНОПРАВОВОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИИ 152 KB
  Структура дипломной работы. Методика подготовки и написания дипломной работы. Оформление дипломной работы. Представление дипломной работы на кафедру.
47240. КОНЦЕПЦІЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ РИЗИКАМИ В МИТНІЙ СЛУЖБІ УКРАЇНИ ТА ШЛЯХИ ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ 1.6 MB
  Ризик як загроза митній безпеці держави Митний ризик один із видів економічного ризику Система управління ризиками в митній службі нова філософія митного контролю Аналіз сучасного стану ризикменеджменту в Україні. Світовий досвід управління ризиками та можливість його імплементації в Україні Перспективні напрямки у сфері ризикменеджменту для митних...
47241. Инвестиционный климат и привлекательность Вологодской области 507 KB
  Удельный вес топлива и энергии в структуре затрат на производство и реализацию продукции доходит до 40. Принятие Закона обусловлено существенным реформированием системы установления обязательных требований к продукции и процессам ее производства а также действующего в настоящее время порядка стандартизации и сертификации продукции работ услуг. В первую очередь Закон призван приблизить российские нормативы предъявляемые к качеству продукции и процессам производства к действующим международным стандартам в частности стандартам...