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

9155. Предмет и методы психологии 22.57 KB
  Предмет и методы психологии Предмет психологии - закономерные связи субъекта с физическим и социальным миром, запечатленные в системе чувственных и умственных образов этого мира, мотивов, побуждающих действовать, а также в самих действиях, переживан...
9156. Психика и организм 18.13 KB
  Психика и организм Нервная система- совокупность нервных образований в организме человека и позвоночных животных. Ее основные функции: обеспечение контактов с внешним мироминтеграция внутренних органов в системы, координация и регуляция...
9157. Психика, поведение и деятельность 28.67 KB
  Психика, поведение и деятельность. Развитие психики в филогенезе Первый вопрос, который возникает при исследовании развития психики в онтогенезе, это вопрос об объективном критерии, который отделяет психическую жизнь от допсихической. Су...
9158. Развитие психики человека. Историческое развитие психики и сознания (филогенез) 25.05 KB
  Развитие психики человека Историческое развитие психики и сознания (филогенез) Этапы Характеристика Примеры Сенсорный (ощущения) Простые безусловные рефлексы - совершенствование двигательного аппарата - постепенно развивается способность дифференци...
9159. Методы педагогических исследований. Исследование в области педагогики 62.5 KB
  Методы педагогических исследований Исследование в области педагогики - процесс и результат научной деятельности, направленной на получение новых знаний о закономерностях образования, его структуре и механизмах, содержании, принципах и технологиях. М...
9160. Основные понятия педагогики 17.86 KB
  Основные понятия педагогики Педагогика изучая процессы передачи и усвоения социально - исторического и культурного опыта, не может не задеть субъектов этого процесса, понимание динамики их личностного развития и влияние на личность различных фа...
9161. Педагогика как наука. Функции педагогической науки 20.26 KB
  Педагогика как наука Свое название педагогика получила от греческого слова пай-дагогос (пайд - дитя, гогос - веду), которое означает детоводство или дитяведение. Во взглядах ученых на педагогику, как в прошлом, так и в настоящем времени существ...
9162. Общие основы педагогики Педагогический процесс 28.72 KB
  Общие основы педагогики Педагогический процесс Педагогический процесс - это специально организованное, целенаправленное взаимодействие педагогов и воспитанников, направленное на решение развивающих и образовательных задач. Изображая обучение в свет...
9163. Целеполагание в педагогике. Понятие цели воспитания 22.79 KB
  Целеполагание в педагогике 1.Понятие цели воспитания Профессиональная деятельность педагога, как любая человеческая деятельность, предваряется осознанием цели. Отсутствие цели не позволяет классифицировать работу педагога с детьми как деятельность п...