30051

Решить задачу Коши для дифференциального уравнения 1-ого порядка

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

В работе необходимо решить задачу Коши для дифференциального уравнения 1-ого порядка на отрезке [x0, xk] с шагом h и начальным условием y (x0 )=y0 Дано дифференциальное уравнение:

Русский

2013-08-22

332.5 KB

5 чел.

Министерство информационных технологий и связи РФ

Федеральное агентство связи

ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики(филиал)

Визуализация численных методов.

Решение обыкновенных дифференциальных уравнений.

Выполнил: студент гр. МЕ-72

Кохленко И. В.

Проверил: Минина Е.Е.

Екатеринбург

2008г.


Содержание


Введение

Постановка задачи и математическая модель.

В работе необходимо решить задачу Коши для дифференциального уравнения 1-ого порядка на отрезке [x0, xk]  с шагом h  и начальным условием            y (x0 )=y0

Дано дифференциальное уравнение: (y2*2x*y)dx+x2dx=0

Начальные условия: x0=1, xk=2, h=0.1, y0=0.2

Общее решение:  y=x2/(c+x)

Методы решения: метод Рунге-Кутта и метод Эйлера модифицированный


Описание численных методов (применительно к конкретной задаче)

Метод Рунге-Кутта 4-го порядка

Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка

y’= f(x,y)

c начальным условием

y(x0)=y0

выберем шаг h и введем обозначения:

xi = x0 +i h и yi = y(xi ), где i=0,1,2… 

Согласно методу Рунге-Кутта четвертого порядка, последовательность значения yi  искомой функции y определяется по формуле:

yi+1 = yi +∆ yi

где

∆ yi= 1/6* ( k1+2k2+2k3+k4 ), i=0,1,2…

а числа k1 ω , k2 ω, k3 ω , k4 ω на каждом шаге вычисляются по формулам:

k1= h * f ( x1, y1 )

k2= h * f ( x1+h/2, y1+ k1/2 )

k3= h * f ( x1+h/2, y1+ k2/2 )

k4= h * f ( x1+h, y1+k3 )

Метод Рунге-Кутта легко программируется и обладает значительной точностью и устойчивостью для широкого круга задач.

Метод Рунге-Кутта 4 порядка
Метод Эйлера модифицированный

Этот метод часто используют для уменьшения погрешности вычислений.

Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка

y’= f(x,y)

с начальным условием

y(x0)=y0

выберем шаг h и введем обозначения:

xi = x0 +i h и yi = y(xi ), где i=0,1,2… 

xi узлы сетки,

yi значения интегральной функции в узлах

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

Метод Эйлера модифицированный

Блок-схемы программ и основных подпрограмм

Для решения задачи и составления программы составим основные блок-схемы, которые приведены ниже.

  1.  Подпрограмма метода Эйлера модифицированного

 

 


2. Подпрограмма метода Рунге-Кутта 4 порядка

3. Алгоритм функции

 

 


4. Подпрограмма общего решения функции и поиска
max и min x и y.


5. Алгоритм программы



Решение задачи в
Mahtcad


 



End

α1

α

ε

ε1

xi+1

xi

h

h/2

В

С

А

О

y=y(x)

x

y

em(i)<miny

Miny=em(i)

End

(i) = Round(x0 + (i * h), 3)

o(i) = Round(3 * (x(i) - 1) / x(i), 3)

If o(i) > maxy Then maxy = o(i)

If o(i) < miny Then miny = o(i)

i = 1, …, n

ReDim x(n + 1)

ReDim o(n + 1)

maxy = y0

miny = y0

maxx = x0

minx = x0

Obchee

End

f=b/a*(2-b/a)

f (a,b)

x(i) = x0 + i * h

k1 = h * f(x, rk )

k2 = h * f(x + (h / 2), rk  + (k1 / 2))

k3 = h * f(x + (h / 2), rk + (k2 / 2))

k4 = h * f(x + h, rk  + k3)

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

rk (i + 1) = rk (i) + k

i = 1, …, n-1

h=(xk-x0)/n

RungeKutt (x0,xk,y0,n,rk)

End

x = x0 + i * h

em(i + 1) = em(i) + h * f(x + h / 2, em(i) + h / 2 * f(x, em(i))

i = 1, …, n-1

h=(xk-x0)/n

EilerM(x0,xk,y0,n,em)

em(i)>maxy

C=(x^2/y)-x

n=(xk-x0)/h

Start

EilerM

RungeKutt

Obchee

x=x0+i*h

i=0,..,n-1

x0,xk,y0,h

Maxy=em(i)

Label 1

Label 2

Label 3

Label 4

Label 5

Label 6

Text1

Text2

Text3

Text4

Command1

Command2

Picture1

Label7

Label9

Label11

Label8

Label10

Label12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85204. Духовная и культурная жизнь белорусского народа (вторая половина 1980-х - 2012 г.) 27.56 KB
  В соответствии с законом правительство приняло программу развития белорусского языка и языков других национальностей, проживающих в республике. Программа расширяла сферы применения белорусского языка в государственных структурах, на производстве, в учебных заведениях.
85205. Основные итоги и уроки исторического пути Беларуси 27.38 KB
  Бел. народ получил возможность с оптимизмом смотреть в будущее и самостоятельно писать свою историю. В своем историческом развитии белорусский народ должен надеяться только на собственные силы. Самым большим богатством Беларуси являются люди трудолюбивые мудрые талантливые рассудительные 3.
85206. Предмет и задачи исторической науки. Формационный и цивилизационный подходы к изучению истории. Источники и литература 29.87 KB
  История наука комплексная интегральная так как изучает всю совокупность явлений общественной жизни на протяжении всей истории общества. Литература: Всемирная Истрия; история отдельных континентов и стран; история отдельных периодов и эпох; история разных общественных периодов; история выдающихся личностей.
85207. Этапы развития первобытного общества. Первобытное общество и начало расселения славян на территории Беларуси 33.43 KB
  В соответствии с исторической периодизацией история первобытного общества прошла следующие стадии становления и развития: 1.) первобытное человеческое стало, или праобщина; 2.) ранняя родовая община; 3.) поздняя родовая община; 4.) разложение первобытного общества и начало образования классов.
85208. Социально-экономическое развитие белорусских земель в раннем средневековье (VI - IX в.) 28.39 KB
  Распад родовой общины образование соседской общины. К трехпольной системе земледелия включающей посев яровых озимых и отдыхающий под паром клин привел к выделению крестьянских семей ведущих самостоятельное хозяйство в рамках соседской общины.
85209. Становление раннефеодальных государственных образований восточных славян. Полоцкое и Туровское княжества. Феодальная раздробленность (IX - первая половина XIII в.) 34.44 KB
  ПОЛОЦКОЕ КНЯЖЕСТВО среднее течение Западной Двины вся современная центральная и северная Беларусь. Во время правления Всеслава Полоцкое княжество достигло наибольшего могущества: за Полоцком закрепилось Нижнее Подвинье был построен Софийский собор основан Минск расширены восточные границы княжества. После смерти Всеслава Полоцкое княжество было разделено между тремя его сыновьями наиболее мощным стало Минское княжество где правил Глеб. ТУРОВСКОЕ КНЯЖЕСТВО юг Беларуси бассейн Припяти Туров 980г.
85210. Духовная жизнь и культура белорусских земель в IX - первой половине XIII в. Концепции происхождения белорусского этноса 32.19 KB
  Итоги распространения христианства: развитие культуры восточных славян распространение письменности летописание; начало каменному зодчеству; развитие ремесла и торговли с другими странами; создание художественных ценностей. Особенности распространения христианства на Бел: переплетение христианства с языческими обрядами двухверье; православная церковь приспосабливала языческие верования к своим обрядам и праздникам. с принятием христианства начинается возведение монументальных культовых строений в середине 11 в.
85211. Предпосылки формирования ВКЛ, его территориальный рост 34 KB
  Развитие с/х-ого производства, ремесла, торговли; рост городов и их значение как ремесленно-торговых центров; Углубление социальных противоречий между сословиями, социальное дифференциация в обществе; Необходимость борьбы с внешней угрозой (со стороны монголо-татар и крестоносцев, галицко-волынских и польских князей).
85212. Социально-экономическое развитие белорусских земель в период ВКЛ 32.38 KB
  Категории крестьян в зависимости от повинности: тяглые панщина осадники чинш огородники бывшие слуги слуги занимали привилегированное положение и выполняли разные специальные работы. По степени зависимости крестьяне делились на похожих имели право уйти от феодала и непохожих челядь невольная домашние рабы которые не имели земельных наделов. Юридически закрепощение крестьян в 5 документах: 1447г Привилей Казимира феодалы получают право на суд над крестьянами 1529г. Статут ВКЛ вводится 10тилетний срок поиска...