30049

Решить дифференциальное уравнение с заданными начальными значениями

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Данное уравнение необходимо решить методом Эйлера и Эйлера модифицированного а также сравнить результаты и сделать вывод об эффективности методов построить их графики.Метод Эйлера Данный метод одношаговый. Обобщим формулу для решения дифференциальных уравнений методом Эйлера: у х у 3.Эйлер модифицированный Для уменьшения погрешности вычислений часто используется модифицированный метод Эйлера.

Русский

2013-08-22

127.71 KB

3 чел.

1.Постановка задачи

В данной курсовой работе необходимо решить дифференциальное уравнение

с заданными начальными значениями x0=1, xk=2, y0=1, h=0.1. Для проверки точности результатов дано общее решение данного уравнения
.Данное уравнение необходимо решить методом Эйлера и Эйлера модифицированного, а также сравнить результаты и сделать вывод об эффективности методов, построить  их графики.

Численное решение задачи Коши сводится к табулированию искомой функции.

График решения дифференциального уравнения называется интегральной кривой.

Геометрический смысл задачи:

 y’=f(x,y) – тангенс угла наклона касательной к графику решения в точке (x,y) к оси OX,- угловой коэффициент (рис. 1).

 y      

 

                                                                                                                      

                                                                                         α 

0                                                                                                                                х

                                                                       Рис. 1                                                                                                                                   

                                           Существование решения:

Если правая часть f(x;y) непрерывна в некоторой области R, определяемой неравенствами x-x0<a и y-y0<b   , то существует, по меньшей мере, одно решение y=y(x), определенное в окрестности  x-x0<h    , где h- положительное число.

Это решение единственно, если в R выполнено условие Липшица

, где N - некоторая постоянная (константа Липшица), зависящая, в общем случае, от а и b. Если f(x;y) имеет ограниченную производную fy=(x;y)  в R, то можно положить N=max  при (x;y)R


2.Метод Эйлера

Данный метод одношаговый. Табулирование функции происходит поочередно в каждой точке. Для расчета значения функции в очередном узле необходимо использовать значение функции в одном предыдущем узле.

Пусть дано дифференциальное уравнение 1-го порядка

y’=f(x;y)

с начальным условием

y(x0)=y0

Выберем шаг h и введем обозначения:

xi=x0+i*h и, где i = 0, 1, 2, …,

                                               xi-узлы сетки,

                                               yi- значение интегральной функции в узлах         

Проведем прямую АВ через точку (x0;y0)

x1=x0+h

Рассмотрим треугольник АВС, он прямоугольный, в этом треугольнике известен tan α,и

,  выражаем , , с другой стороны , левые части выражений равны, значит равны и правые, т.е.. Выразим или , найдем точку В(x1; y1),

x1=1+0.1=1.2

y1=1+0,1*3,72=2,372.

Обобщим формулу для решения дифференциальных уравнений методом Эйлера:


у

х


у

3.Эйлер модифицированный

Для уменьшения погрешности вычислений часто используется модифицированный метод Эйлера. Этот метод имеет так же следующие названия: метод Эйлера-Коши или метод Рунге-Кутта второго порядка точности.

Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка

y’=f(x;y)

с начальным условием

y(x0)=y0

Выберем шаг h и введём обозначения:

xi=x0+i*h и, где i = 0, 1, 2, …,  

xi -узлы сетки,

                                        yi- значение интегральной функции в узлах         

При использовании модифицированного метода Эйлера шаг h делится на два отрезка.

Проведем решение в несколько этапов.

1. Обозначим точки: А(), B()  и C(x 1;y 1).

2. Через точку А, с координатами (1;1) проведем прямую под углом , где

3. На этой прямой найдем точку B (), получим B(1,05;1,186)

4. Через точку B проведем прямую под углом, где

5. Через точку А проведем прямую, параллельную последней прямой.

6. Найдем точку C(x1;y1).Координаты точки С: х10+h, x1=1.1; y1=yB+ *f(xB;yB), y1=1,3785.

7.После проведения вычислений, аналогичных вычислениям, описанным в методе Эйлера, получим формулу для определения значения xi, yi:

         Модифицированный метод Эйлера дает меньшую погрешность. На рисунке это хорошо видно. Так величина  характеризует погрешность метода Эйлера, а– погрешность метода Эйлера Модифицированного.


4.Блок-схемы основных процедур

End

Yi=Yi-1+h*F(xi-1; yi-1)

xi=x0+i*h

i=0,…,N-1

h=(xk-x0)/n

Eiler (x0, xk, y0, N, Y)


Eiler M (x0, xk, y0, N, Y)

Yi=Yi-1+h*F(xi+h/2; yi-1+h/2*F(xi-1; yi-1))

End

X=x0+i*h

h=(xk-x0)/n

i=0,…,N-1


chastnoe

C=ex+1-y*x


5.Листинг программы на языке Visual Basic



6.Формы программы в Visual Basic

 


7.Проверка в MathCad

Заключение



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37209. Развитие страхового рынка 33 KB
  Таким образом прогноз роста российского страхового рынка должен опираться на общий прогноз экономического развития. В целом прогнозы роста российской экономики которые делаются различными аналитическими центрами на ближайшие несколько лет выглядят умеренно оптимистичными. Прогнозы сделанные ЦСИ Росгосстраха приводят к более низким оценкам потенциального роста российской экономики. Методика на основании которой делается прогноз основана на зависимости темпов роста ВВП от удовлетворенности населения своей жизнью чем больше люди довольны...
37210. Финансовый менеджмент 25 KB
  Можно выделить две основные группы финансового менеджмента находящиеся в подчинении у главного финансиста на предприятии: 1. Основными функциями финансового менеджера являются: аналитическоконтрольные; финансовое планирование; принятие управленческих решений. В целом в функциональные обязанности финансового менеджера входят: текущая деятельность связанная с движением денежных фондов предприятия; финансовое планирование прогнозирование; проведение операций на финансовых рынках; инвестирование; финансовый анализ и контроль за финансовым...
37211. Базовые концепции финансового менеджмента 49.5 KB
  Концепция временной стоимости денег Концепция изменения стоимости денег во времени играет центральную роль в практике финансовых вычислений и выражает необходимость учета фактора времени при осуществлении долговременных финансовых операций путем оценки и сравнения стоимости денег в начале финансирования проекта и при их возврате в виде будущих денежных поступлений. Концепция временной стоимости денег заключается в том что стоимость денег с течением времени изменяется с учетом нормы прибыли на финансовом рынке в качестве которой обычно...
37212. Роль финансового менеджмента в управлении 32.5 KB
  В условиях рыночной экономики управление финансами представляет собой наиболее сложную и приоритетную задачу высшего управленческого персонала любой организации. Управление финансами представляет собой изыскание и распределение финансовых ресурсов необходимых для обеспечения результативной и эффективной деятельности организации. Финансовые ресурсы как основной компонент системы бухгалтерского учета представляют собой связующее звено между учетом контролем и управлением а также связующее звено между разными уровнями управления от...
37213. Финансовая система 108.5 KB
  Государственный кредит Звенья второй сферы финансы предприятий: 1 финансы предприятий функционирующих на коммерческих началах; 2 финансы учреждений и организаций которые осуществляют некоммерческую деятельность; 3 финансы общественных объединений профсоюзов политических партий общественных фондов; Страхование специфическая сфера которая имеет свои звенья: 1 Социальное страхование; 2 Личное страхование; 3 Имущественное страхование; 4 Страхование ответственности; 5 Страхование предпринимательских рисков. Обязательное...
37214. Финансовое планирование 46.5 KB
  Планирование финансовых показателей позволяет находить внутренние резервы предприятия соблюдать режим экономии. Получение планового размера прибыли и других финансовых показателей возможно лишь при условии соблюдения плановых норм затрат труда и материальных ресурсов. Объём финансовых ресурсов рассчитанных на основе финансовых планов устраняет чрезмерные запасы материальных ресурсов непроизводительные расходы внеплановые финансовые инвестиции....
37215. Финансовый контроль, его цели и задачи 49 KB
  Контроль является неотъемлемым элементом процесса государственного управления. Финансовый контроль призван обеспечивать1: правильность составления бюджетов различных уровней и их исполнения; соблюдение действующего бюджетного и налогового законодательства правильность ведения бухгалтерского учета составления отчетности; эффективное и целевое использования средств государственного бюджета и внебюджетных фондов; правильность операций с бюджетными средствами на счетах в банках и других кредитных учреждениях; выявление резервов роста бюджетных...
37216. Сущность государственного и муниципального кредита, его значение. Роль государственного и муниципального кредита в финансовом обеспечении общегосударственных, региональных и муниципальных потребностей 37 KB
  Роль государственного и муниципального кредита в финансовом обеспечении общегосударственных региональных и муниципальных потребностей. Государственный кредит одна из форм кредитных отношений имеющая следующие признаки кредита: наличие кредитора и заемщика как юридически самостоятельных субъектов кредитной сделки; аккумуляции свободных денежных средств населения предприятий и организаций на принципах возвратности срочности и платности в исключительных случаях допускается беспроцентный заем ресурсов; возможность использования...
37217. Финансы, как экономический инструмент воздействия на экономику 44.5 KB
  Роль финансов в развитии международных связей проявляется по таким направлениям как: 1 Изыскание источников и мобилизация необходимых финансовых ресурсов для финансирования различных направлений международного сотрудничества. 2 Регулирование международных интеграционных процессов. 3 Стимулирование развития каждого вида международных отношений и непосредственных участников этих отношений. Еще одним направлением воздействия финансов на развитие международных связей является мобилизация ресурсов иностранных инвесторов.