16236

Визуализация численных методов

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Курсовая работа Визуализация численных методов Cсодержание Содержание Введение 1. Постановка задачи и математическая модель 2. Описание используемых методов 3. Блоксхемы основных процедур 4. Виды формы проекта 5.Листинг программы на языке Visual Basic 6.Ре

Русский

2013-06-20

449.83 KB

3 чел.

Курсовая работа

Визуализация численных методов


Cсодержание

Содержание

Введение

1. Постановка задачи и математическая модель

2. Описание используемых методов

3. Блок-схемы основных процедур

4. Виды формы проекта

5.Листинг программы на языке Visual Basic

6.Решение задачи в MathCAD

Вывод


Введение

Весь мир подчиняется физическим законам, которые формулируются в виде дифференциальных уравнений. Решая дифференциальные уравнения мы в полной мере можем  понять явления и процессы происходящие вокруг нас.

Дифференциальные уравнения - это уравнения, содержащие одну или несколько производных. Лишь очень немногие из них удается решить без помощи вычислительной техники. Поэтому численные методы решения дифференциальных уравнений играют важную роль в практике инженерных расчетов.

 Целью курсовой работы является решение дифференциального уравнения 1-го порядка  на отрезке  методом Эйлера и методом Рунге-Кутта четвёртого порядка. Выполнив все расчёты выяснить, какой из методов более точный, сравнив выведенные значения с общим решением.


1. Постановка задачи и математическая модель

Дано дифференциальное уравнение и начальное условие . Требуется найти функцию , удовлетворяющую указанному уравнению и начальному условию. Результаты решения предоставить в виде таблицы. Данные таблицы визуализировать на форме в виде графиков.

  

Дифференциальное уравнение

X0

Xk

h

Y0

Общее решение

y`+2*x*y=x*exp(-x2)

0

1

0,1

1

y=exp(-x2)*(C+x2/2)


  1. Описание используемых методов

Метод Эйлера модифицированный

Для уменьшения погрешности вычислений используют модифицированный метод Эйлера. Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка

с начальным условием

.

Выберем шаг =0,1 и введём обозначения:

и , где =0,1,2…,

        -узлы сетки,

        -значение интегральной функции в узлах.

При использовании модифицированного метода Эйлера шаг делится на два отрезка.

Метод Рунге-Кутта

Для большего уменьшения погрешности используется метод Рунге-Кутта.

Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка     с начальным условием .

Выберем шаг =0,1 и введём обозначения:

и , где =0,1,2…,

      -узлы сетки,

      -значение интегральной функции в узлах.

     

При использовании метода Рунге-Кутта шаг делится на четыре отрезка. Согласно этому методу, последовательные значения исходной функции определяются по формуле:

, где

     ,

А числа    на каждом шаге вычисляются по формулам:

Метод Рунге-Кутта даёт погрешность меньше, чем методы Эйлера и Эйлера модифицированного.

 


3. Блок-схемы основных процедур 

3.1. Блок-схема основной процедуры


3.2. Блок-схема функции

4.Виды формы проекта

Исходный вид для ввода данных


Итоговый вид с решением и графиком


5.Листинг программы на языке Visual Basic

Dim X() As Single

Dim Y() As Single

Dim g() As Single

Dim t() As Single

Private n, i As Integer

Private xk, x0, kx, ky As Single

Private k, k1, k2, k3, k4 As Single

Private h, max, min, y0 As Single

Private Function f(a, b As Single) As Single

f = a * Exp(-a ^ 2) - 2 * a * b

End Function

Private Sub EilerMod()

ReDim Y(n)

Y(0) = y0

For i = 0 To n - 1

Y(i + 1) = Y(i) + h * f(X(i) + h / 2, Y(i) + h / 2 * f(X(i), Y(i)))

Next i

End Sub

Private Sub RungeKutt()

ReDim g(n)

g(0) = y0

For i = 0 To n - 1

k1 = h * f(X(i), g(i))

k2 = h * f(X(i) + h / 2, g(i) + k1 / 2)

k3 = h * f(X(i) + h / 2, g(i) + k2 / 2)

k4 = h * f(X(i) + h, g(i) + k3)

k = (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) / 6

g(i + 1) = g(i) + k

Next i

End Sub

Private Sub Obchee()

ReDim t(n)

For i = 0 To n

t(0) = y0

c = 1

t(i) = Exp(-X(i) ^ 2) * (c + (X(i) ^ 2) / 2)

Next i

End Sub

Private Sub Command1_Click()

x0 = Val(Text1.Text)

xk = Val(Text2.Text)

h = Val(Text3.Text)

y0 = Val(Text4.Text)

n = (xk - x0) / h

MSFlexGrid1.Rows = n + 4

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 0) = "x"

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 1) = "Эйлер Модиф."

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 2) = "Рунге-Кутт"

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 3) = "Общее решение"

MSFlexGrid1.TextMatrix(1, 0) = Str(x0)

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 1) = Str(y0)

ReDim X(n)

For i = 0 To n

X(i) = x0 + h * i

Next i

EilerMod

RungeKutt

Obchee

For i = 0 To n

MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 0) = Str(X(i))

MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 1) = Str(Y(i))

MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 2) = Str(g(i))

MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 3) = Str(t(i))

Next i

max = y0

min = y0

For i = 0 To n

If Y(i) > max Then max = Y(i)

If Y(i) < min Then min = Y(i)

If g(i) > max Then max = g(i)

If g(i) < min Then min = g(i)

If t(i) > max Then max = t(i)

If t(i) < min Then min = t(i)

Next i

Label7.Caption = Str(max)

Label8.Caption = Str(min)

Label9.Caption = Str(x0)

Label10.Caption = Str(xk)

kx = (6600 - 360) / (xk - x0)

ky = (5280 - 480) / (max - min)

Picture1.Cls

For i = 1 To n - 1

X1 = 840 + Round(kx * (X(i - 1) - x0))

X2 = 840 + Round(kx * (X(i) - x0))

Y1 = 5280 - Round(ky * (Y(i - 1) - min))

Y2 = 5280 - Round(ky * (Y(i) - min))

Picture1.Line (X1, Y1)-(X2, Y2), RGB(9999, 0, 0)

X1 = 840 + Round(kx * (X(i - 1) - x0))

X2 = 840 + Round(kx * (X(i) - x0))

Y1 = 5280 - Round(ky * (g(i - 1) - min))

Y2 = 5280 - Round(ky * (g(i) - min))

Picture1.Line (X1, Y1)-(X2, Y2), RGB(0, 9999, 0)

X1 = 840 + Round(kx * (X(i - 1) - x0))

X2 = 840 + Round(kx * (X(i) - x0))

Y1 = 5280 - Round(ky * (t(i - 1) - min))

Y2 = 5280 - Round(ky * (t(i) - min))

Picture1.Line (X1, Y1)-(X2, Y2), RGB(0, 0, 9999)

Next i

End Sub

Private Sub Command2_Click()

End

End Sub


6.Решение задачи в MathCAD


Вывод

В ходе работы над курсовой работой мною была разработана программа, которая наглядно описывает решение предложенного дифференциального уравнения.

Из получившейся таблицы видно, что значения, полученные в ходе решения методом Рунге-Кутта, почти не отличаются от значений общего решения, а решения методом Эйлера модифицированного отличаются  от общего уже на четвёртом знаке. Сравнив получившиеся результаты можно сделать вывод, что метод Рунге-Кутта более точный

 

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15512. Енеоліт на території України 13.19 KB
  Енеоліт на території України Наприкінці V на початку IV тис. до н.е. деякі племінні групи які жили на території України освоїли мідь усвідомивши її переваги перед традиційними матеріалами. Поява металевих виробів що мали сталі форми ознаменувала початок нової перехі
15513. Етапи входження України до Великого князівсьва Литовського 22.72 KB
  Приєднання українських земель до Великого князівства Литовського Перервана традиція літописання зумовила наявність білих плям в історії польськолитовської доби. Через це частина істориків період існування Великого князівства Литовського до Люблінської унії 1569 р.
15514. Проектирование структуры и содержания дистанционного курса «Использование аудиоинформации при создании цифровых образовательных ресурсов» 1.92 MB
  КУРСОВАЯ РАБОТА Проектирование структуры и содержания дистанционного курса Использование аудиоинформации при создании цифровых образовательных ресурсов Содержание Введение 1. Теоретические основы проектирования дистанционных курсо
15515. Київська митрополія і Флорентійська унія 39.81 KB
  Відокремлення московської митрополії Після входження Києва до ЛитовськоРуської держави відбувається його поступове відродження як духовного та релігійного центру України. В той же час протягом ХIV поч.. ХV ст. у Києві та Москві періодично виникали ситуації коли одно...
15516. Кирило Розумовський 18.34 KB
  Війна мала два важливих наслідки. Поперше переконала російський уряд у неможливості вирішити свої південнозахідні проблеми без економічно сильної України з власним устроєм. Подруге ще раз показала українській громадськості життєву необхідність відновлення гетьманс...
15517. Кирило-Мефодіївське Братство 50 KB
  КирилоМефодіївське Братство Схожі матеріали Культурницький етап українського руху у Східній Україні в ХIХ столітті У 1834 р. цар Микола дозволив відкрити другий в Україні університет ім. св. Володимира в Києві. Засн...
15518. Реєстрове козацтво 16.67 KB
  Реєстрове козацтво Козацька старшина існувала у реєстровому козацькому війську що було створене у 1572 році. На чолі реєстрових козаків стояв гетьман якого обирали за погодженням з королівським урядом на загальній військовій раді. Першим гетьманом реєстрового війська
15519. Під владою Польщі. Зростання козацтва (друга пол. XVI - перша пол. XVII ст.) 19.53 KB
  Під владою Польщі. Зростання козацтва друга пол. XVI перша пол. XVII ст. антифеодальні виступи міщан. Між козаками селянами та міщанами уже сформувалися відносини спільності інтересів взаєморозуміння та взаємопідтримки. У 80х роках XVI ст. відбулося кілька локальних вист
15520. Колонізація після 1569 22.58 KB
  Наслідки Люблинської унії для України були величезні. Україна була розірвана: більша її частина перейшла до Польщі Галичина Холмщина Волинь Поділля Брацлавщина Київщина Підляшшя. За Великим Князівством Литовським залишилися білоруські землі по Вітебськ Оршу та Мс