17495

Розв’язання рівнянь методом ітерацій в MathCAD

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 5 Розвязання рівнянь методом ітерацій в MathCAD Мета роботи: навчитися користуватися базовими командами і функціями розвязувати рівняння за допомогою методів хорд і дотичних. Загальні відомості про базові функції MathCAD Рядок меню розміщується у в...

Украинкский

2013-07-01

520.5 KB

4 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 5

Розвязання рівнянь методом ітерацій в MathCAD

Мета роботи: навчитися користуватися базовими командами і функціями, розвязувати рівняння за допомогою методів хорд і дотичних.

Загальні відомості про базові функції MathCAD

Рядок меню розміщується у верхній частині вікна MathCAD. Він містить  девять заголовків; клацання миші на кожному з них приводить до появи відповідного меню з переліком команд:

  •  File — команди, повязані зі створенням, відкриттям, збереженням, пересиланням по електронній пошті і роздруківкою на принтері файлів з документами;
  •  Edit  — команди, які відносяться до правлення тексту (копіювання, вставки, видалення фрагментів та інше);
  •  View  — команди, які управляють зовнішнім виглядом документа у вікні MathCAD, а також команди, які створюють файли анімації;
  •  Insert — команди вставки різноманітних обєктів у документи;
  •  Format  — команди форматування тексту текста, формул та графіків;
  •  Tools — команди управління обчислювальним процесом і допоміжними можливостями;
  •  Symbolics  — команди символьних обчислень;
  •  Window — команди управління розміщенням вікон, з різноманітними документами на екрані;
  •  Help — команди виклику довідкової інформації, відомостей про версію програми, а також доступу до ресурсів та електронних книг.

Рис. 1, а) Панель інструментів MathCAD

– меню Calculator (Калькулятор)

меню Graph (График)

 меню Matrix (Матрица)

 меню Evaluation (Вычисление)

 меню Calculus (Исчисление)

 меню Boolean (Логический)

 меню Programming (Программирование)

 меню Greek (Греческий)

 меню Symbolic (Символьная)

Рис. 1, б) Піктограми панелі інструментів MathCAD

Початок роботи з MathCAD

Для початку роботи з функціями необхідно задати область визначення функції (область зміни аргумента ), для чого в робочому вікні MathCAD послідовно виконати дії:

 

                                       

В результаті на екрані зявиться зображення  

В плейс-холдері набираються символи та цифри. Необхідно вказати інтервал зміни , на якому буде будуватися графік. Наприклад, інтервал від – 100 до 100. Це виконується наступним чином:

- 100                        100.

В результаті на екран з’явиться зображення .

За такого визначення інтервалу за умовчанням мається на увазі крок зміни рівний 1.

Нижче області задання зміни  записуємо вираз для функції.

Запис виконується наступним чином:

                                                                                         і 

В результаті на екрані з’явиться зображення:

.

Для розвязання рівняння необхідно побудувати графік функції та візуально визначити інтервали відокремлення кореня, тобто інтервали, на яких графік функції перетинає вісь .

Меню побудови графіків викликаємо за допомогою піктограми Graph .  

Рис. 2. Панель інтсрументів MathCAD

Для побудови графіка вибираємо піктограму двомірного графіка.

Задаючи в плейс-холдерах заготовки графіка значення -100 та 100 для отримаємо на екрані наступне зображення:

Рис. 3. Графік функції

З графіка візуально визначаємо точки перетину з віссю . Для більш точного розвязку змінюємо масштаб за осями  та .

Рис. 4. Збільшення масштабу графіка функції

З рис. 4 зі збільшеним масштабом видно, що, наприклад, один з коренів рівняння знаходиться в інтервалі значень .

Метод послідовних наближень (метод хорд)

При використанні методу послідовних наближень (методу хорд) можуть бути такі випадки:

а) хорда перетинає вісь  лівіше шуканого кореня   (рис. 5, а);

б) хорда перетинає вісь  правіше шуканого значення кореня  (рис. 5, б).

                                                                                                                  

         а)                                                                 б)

Рис. 5. Варіанти розміщення хорди відносно шуканого значення кореня: а) лівіше шуканого кореня; б) правіше шуканого кореня

В якості першого наближення кореня у випадку а) вибирається a, у випадку б) вибирається b.

Тоді ітераційні формули для випадків а) та б) будуть виглядати так:

а) перша ітерація: ; друга ітерація: ; і+1-та ітерація:   ;                

б) перша ітерація: ; друга ітерація: ; і+1-та ітерація:   

і далі до значення , яке буде відрізнятися від попереднього  на малу, наперед задану величину (наприклад, ).

 Запишемо незалежну змінну  і функцію  і побудуємо графік згаданої функції  до чітко видимих коренів.

Рис. 6. Збільшення масштабу графіка функції до чітко видимих коренів рівняння за методом хорд

З рис. 6 для позитивного значення кореня можна записати перше наближення кореня:  з інтервалу приблизного знаходження кореня: , де  і .

Перша ітерація: ; ;

Друга ітерація: ; .

Метод Ньютона (метод дотичних)

При використанні методу Ньютона (методу дотичних) можуть бути такі випадки:

Рис. 7. Варіанти розміщення дотичної:  а) функція увігнута, дотична перетинає вісь  правіше шуканого кореня ; б) функція увігнута, дотична перетинає вісь  лівіше шуканого значення кореня ; в) функція випукла, дотична перетинає вісь  правіше шуканого кореня ; г) функція випукла, дотична перетинає вісь  лівіше шуканого значення кореня .

В одному з кінців дуги АВ графіка функції  проводимо дотичну до цієї дуги і в якості наближеного значеня кореня  вибираємо число  або  (перше наближення) – абсцису точки  або дотику дотичної до графіка функції на вісь в залежності від вигляду графіка функції і варіанту розміщення дотичної відносно осі  (рис. 7).

Керуючись умовами вибору першого наближення (рис. 7), записуємо формулу для першої ітерації:

рис. 7, а), в) перша ітерація: ; друга ітерація:  

рис. 7, б), г) перша ітерація: ; друга ітерація:

i+1-та ітерація: , де  – перша похідна від функції .

Можна вважати  наближеним точним розвязком, якщо після двох послідовних операціях обчислення  буде досягнуте співвідношення: , де наперед задане мале число.

Рис. 8. Збільшення масштабу графіка функції до чітко видимих коренів рівняння за методом дотичних

З рис. 8 для позитивного значення кореня можна записати перше

наближення кореня:  з інтервалу приблизного знаходження кореня: , де  і .

Перша ітерація: ; ; друга ітерація: ;  – на цьому ітераційний процес за методом дотичних закінчується.

Завдання на лабораторну роботу:

  1.  Отримати завдання;
  2.  Задати змінну та функцію, користуючись завданням; 
  3.  Знайти корені за методами хорд і дотичних, приймаючи .

Контрольні запитання:

  1.  Як задати змінну та функцію?
    1.  Написати рівняння прямої, яка проходит через точку з координатами ;
    2.  Яке меню використовується для побудови графіків?
    3.  Які методи існують для пошуку наближеного точного розвязку?
    4.  Зобразити варіанти варіанти розміщення хорди у методі хорд;
    5.  Написати ітераційні формули пошуку наближеного точного розвязку в залежності від розміщення хорди у методі хорд;
    6.  Зобразити варіанти варіанти розміщення дотичної у методі дотичних, написати для кожного варіанту , умову випуклості-впуклості, умову розміщення кореня;
    7.  Написати ітераційні формули пошуку наближеного точного розвязку в залежності від розміщення дотичної у методі дотичних.

Варіанти завдань для лабораторної роботи 5

Завдання для лабораторної роботи 5: розвязати рівняння за допомогою методів хорд і дотичних, визначати точність знайденого розв’язку.

  1.  ;
  2.  ;
  3.  ;
  4.  ;
  5.  ;
  6.  ;
  7.  ;
  8.  ;
  9.  ;
  10.  .

11

PAGE  12

y

x

x0

c

b

a

y

x

x0

c

b

a

α

а)

3

^

6

Shift

 *

 8

Shift

 :

 ;

Shift

 :

 ;

Плейс-холдер

Курсор миші

Х

 :

 ;

Shift

c

y'(x)

b

EMBED Equation.3  

y(x)

xo

a

xx

y

EMBED Equation.3  

б)

y

xx

a

xo

y(x)

y'(x)

c

α

b

EMBED Equation.3  

в)

y

xx

a

xo

y(x)

y'(x)

c

α

b

EMBED Equation.3  

г)

y

xx

a

xo

y(x)

y'(x)

c

α

b

B

A

B

A

B

A

A

B

B

A

A

B

A

B

х

0.1

у(х)

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62731. Конституция Российской Федерации 20.51 KB
  Цель: продолжать формирование у обучающихся основ правовой культуры. Добиться усвоения учащимися: основных понятий; что такое Конституция и какова ее роль в жизни общества.
62733. В.П. Астафьев «Конь с розовой гривой» 33.12 KB
  Сколько лет прошло Сколько событий минуло А я все не могу забыть бабушкиного пряника того дивного коня с розовой гривой. Астафьева прививать любовь и внимательное отношение к слову на основе рассказа Конь с розовой гривой.
62734. В. П. Астафьев «Васюткино озеро». Мир природы и мир ребенка 27.12 KB
  Пробудить интерес к его личности; обучить учащихся аналитическому пересказу и анализу эпизода текста. Астафьева компьютер проектор экран учебники. Астафьев Повести.
62735. Деление двузначного числа на двузначное 18.16 KB
  Цель: учить пользоваться приемом деления двузначного числа на двузначное; повторить операции умножения; развивать логическое мышление, внимание, использовать грамотную связную речь при ответах; воспитание взаимопомощи, дружбы, интереса к предмету.
62736. Сложение трёхзначных чисел с переходом через десяток и без перехода через десяток 19 KB
  Решите примеры вычислите: 4191=420 Вспомни правило прибавления единицы: Чтобы прибавить единицу к числу нужно назвать следующее за ним число 20340=243 10900=910 700600=100 608600=8 2101=209 Вспомни правило вычитания единицы: Чтобы вычесть единицу из числа нужно назвать предыдущее число...
62737. Образование и название чисел 21 – 39. Счет в пределах 30.98 KB
  Цель: Ознакомить со способом образования и названиями чисел от 21 до 39; формировать вычислительные навыки и умения решать составные задачи; Развивать абстрактное мышление, математическую речь, внимание и воображение...
62738. Старая-новая одежда 30.41 KB
  Узнать больше о таких вещах разных народов как ципао шаровары саронг унты туника мокасины джинсы. И так мы выводим слайды со всеми вещами с которыми хотим детей познакомить или больше про них узнать ципао шаровары саронг унты туника мокасины джинсы.