30065

Метод Эйлера модифицированный. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

Книга

Информатика, кибернетика и программирование

Метод Эйлера.Метод Эйлера модифицированный. Для этого необходимо было решить уравнение yx=4y двумя разными методами: методом Эйлера и методом Эйлера модифицированного а также ряд поставленных перед собой задач: Изучить методы решения дифференциальных уравнений; Построить график и блоксхему а также Проверить правильность решения в среде MathCad. Метод Эйлера.

Русский

2013-08-22

193.5 KB

71 чел.

Сибирский государственный университет телекоммуникации

и информатики

Уральский технический институт связи и информатики

Кафедра физики, прикладной математики и информатики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по информатике

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ.

РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

                                                                           Выполнил:

студент гр.: МЕ-61,

                                                                                                       Игнатенко И. А.

                                                                               Проверил:

                                                                                                   Минина Е.Е.

Екатеринбург

2006 г.

Содержание.

  1.  Введение………………………………………………………………...……..3
  2.  Постановка задачи…………………………………………………………….4
  3.  Методы решения

    2.1.Метод Эйлера……………………………………………………………...5

    2.2.Метод Эйлера модифицированный.…………………….………...……..7

  1.  Блок схема …………………………………………………………..……….10
  2.  Блок схема для функции…………………………………………………….13       
  3.  Код программы …………………………………………………………...…14
  4.  Виды форм ..……………………………………………….…………..……..16
  5.  Проверка в MathCad …………………………………………………………18

Заключение…………………………………………….………………..………..19

Введение.

    Человечество вступило в XXI веке в новую эру – эру информационного общества, где основополагающая роль будет принадлежать образованию и науке. На данном этапе развития современного общества важнейшее значение приобретают проблемы, связанные с производством, преобразованием, передачей и потреблением информации.

     В своей работе я поставил перед собой проблему: изучить основы программирования. Для этого необходимо было решить уравнение y’*x=4*y двумя разными методами: методом Эйлера и методом Эйлера модифицированного, а также  ряд, поставленных перед собой, задач:

  •  Изучить методы решения дифференциальных уравнений;
  •  Построить график и блок-схему, а также
  •  Проверить правильность решения в среде MathCad.

Постановка задачи.

Пусть дано дифференциальное уравнение вида y’=4*y/x, общее решение которого y=c*x4, и заданы начальные условия x0=1, xk=1.4, h=0.05, y0=2. Требуется найти решение, удовлетворяющее как указанному уравнению, так и начальному условию.

Метод Эйлера.

Также этот метод называют методом Рунге-Кутта первого порядка точности.

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 первого порядка

с начальным условием

y(x0) = y0.

Выберем шаг h и введём обозначения:

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

xi – узлы сетки,

yi- значение интегральной функции в узлах .

График решения приведен на рисунке 1.

Проведем прямую АВ через точку (xi,yi) под углом α. При этом

tgα = f(xi,yi) (1).

В соответствии с геометрическим смыслом задачи, прямая АВ является касательной к интегральной функции.  Произведем замену точки интегральной функции точкой, лежащей на касательной AB.

Тогда yi+1 = yiy (2).

Из прямоугольного треугольника АВС  (3).

Приравняем правые части (1) и (3). Получим .

Отсюда

Подставим в это выражение формулу (2), а затем преобразуем его. В результате получаем формулу расчета очередной точки интегральной функции:

    (4).

Рисунок 1. Метод Эйлера.

Из формулы (4) видно, что для расчета каждой следующей точки интегральной функции необходимо знать значение только одной предыдущей точки. Таким образом, зная начальные условия, можно построить интегральную кривую на заданном промежутке.

Метод Эйлера – один из простейших методов численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Но существенным его недостатком является большая погрешность вычислений. На рисунке 1 погрешность вычислений для i-го шага обозначена ε. С каждым шагом погрешность вычислений увеличивается.

Метод Эйлера 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

с начальным условием

y(x0) = y0.

Выберем шаг h и введём обозначения:

 xi = x0 + i.h   и   yi = y(xi) ,   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.

Иллюстрации к решению приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Метод Эйлера модифицированный.

Проведем решение в несколько этапов:

1. Обозначим точки: A(xi, yi), C(xi+h/2, yi+h/2*f(xi,yi)) и B(xi+1, yi+1).

2. Через точку  А проведем прямую под углом α, где

3. На этой прямой найдем точку C(xi+h/2, yi+h/2*f(xi,yi)).

4. Через точку  С проведем прямую под углом α1, где

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

6. Найдем точку В(xi+1, yi+1). Будем считать  В(xi+1, yi+1) решением дифференциального уравнения при x=xi+1.

7. После проведения вычислений, аналогичных вычислениям, описанным в методе Эйлера, получим формулу для определения значения yi+1:

.

Модифицированный метод Эйлера дает меньшую погрешность. На рисунке 2 это хорошо видно. Так величина ε1 характеризует погрешность метода Эйлера, а ε – погрешность метода Эйлера модифицированного.


Блок
схема.




Блок
-схема для функции.

 


Код программы.

Dim x(50) As Single, y(50) As Single, k(50) As Single, z(50) As Single, p(50) As Single

Private y0 As Single

Private x0 As Single

Private xk As Single

Private C As Single

Function f(t As Single, q As Single) As Single

f = (4 * q) / t

End Function

Private Sub Command1_Click()

x0 = Val(Text1.Text)

xk = Val(Text2.Text)

y(0) = Val(Text4.Text)

h = Val(Text3.Text)

p(0) = y(0)

z(0) = y(0)

n = Round((xk - x0) / h)

C = y(0) / x0 ^ 4

MSFlexGrid1.Rows = n + 2

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

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 1) = "P"

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 2) = "Yэ"

MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 3) = "Yэм"

Max = y(0)

Min = y(0)

For i = 0 To n

x(i) = x0 + i * h

p(i) = Round(C * (x(i) * x(i) * x(i)), 4)

y(i + 1) = Round(y(i) + f(x(i), y(i)) * h, 4)

z(i + 1) = Round(z(i) + f(x(i) + h / 2, z(i) + h / 2 * f(x(i), z(i))) * h, 4)

If y(i) > Max Then Max = y(i)

If y(i) < Min Then Min = y(i)

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

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

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

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

Next i

Picture1.Cls

kx = (Picture1.Width - 1200) / (xk - x0)

ky = (Picture1.Height - 1000) / (Max - Min)

Label4.Caption = Str(Min)

Label5.Caption = Str(Max)

Label6.Caption = Str(x0)

Label7.Caption = Str(xk)

For i = 0 To n - 1

z1 = Round(720 + (x(i) - x0) * kx)

z2 = Round(5400 - (y(i) - Min) * ky)

z3 = Round(720 + (x(i + 1) - x0) * kx)

z4 = Round(5400 - (y(i + 1) - Min) * ky)

z5 = Round(5400 - (p(i) - Min) * ky)

z6 = Round(5400 - (p(i + 1) - Min) * ky)

z7 = Round(5400 - (z(i) - Min) * ky)

z8 = Round(5400 - (z(i + 1) - Min) * ky)

Picture1.Line (z1, z7)-(z3, z8)

Picture1.Line (z1, z5)-(z3, z6)

Picture1.Line (z1, z2)-(z3, z4)

Next i

End Sub

Private Sub Command2_Click()

End

End Sub

Виды форм.

Проверка в MathCad.

 


Заключение.

  По мере решения поставленных перед собой целей и задач, я научился работать в новой для меня среде Visual Basic.

  В своей курсовой работе я решал уравнение двумя методами: Эйлера и Эйлера модифицированного и выяснил для себя, что метод Эйлера модифицированного более точен, т.к. дает меньшую погрешность при вычислениях. Также мне пришлось поработать уже в знакомой ранее программе MathCad.

  Процесс решения данной задачи показался мне очень интересным и познавательным.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80038. Формування інформаційної компетентності особистості в шкільній бібліотеці 72 KB
  Сьогодні шкільна бібліотека володіє значними можливостями щодо вдосконалення освітнього процесу. Нові навчальні програми, нові концепції, різноманітність навчальних курсів, зростаючий інтелектуальний рівень читачів висувають нові вимоги до якості інформаційного забезпечення навчально–виховного процесу.
80039. Школа Успіху, або формуємо компетентності 68.5 KB
  Завдання проекту Виявлення ключових проблем які гальмують підвищення якості освіти та надання рекомендацій щодо розвязання основних проблем змісту освіти. Створення системи моніторингу формування ключових компетентностей на всіх ступенях освіти дітей.
80040. Довкілля – казка чарівна! 55 KB
  Мета: вчити оцінювати негативне і бездумне ставлення до природи; формувати інтерес до навколишнього середовища; поглиблювати знання про довкілля рідного краю; розвивати комунікативні, творчі здібності, вміння робити висновки, відстоювати свою, думку, презентувати свої дослідження...
80041. Край, у якому ти живеш. Україна – наша Батьківщина 417.5 KB
  Мета: збагачувати знання учнів про Україну, а також активний словниковий запас учнів; пробудити інтерес до вивчання рідного краю; розширити знання народні, історичні та культурні символи українського народу; сприяти формування національної свідомості, осмисленню себе як частини...
80042. Н.В.Гоголь и Т.Г.Шевченко: две судьбы, две личности, два пути великих сыновей украинского народа 134.5 KB
  В своих исследованиях, представленных на конференции по заявленной теме, учащиеся проследили, как среда и время определили разницу в судьбах и литературных путях двух великих украинцев Н.Гоголя и Т.Шевченко. Прилагается электронная презентация темы в формате Pover Point.
80043. Декоративна таця 473 KB
  Необхідність таці люди зрозуміли дуже давно, саме тому її почали використовувати як столове приладдя вже в стародавні часи. Перші таці були зроблені не з каменя, як можна було припустити, а з обпаленої глини, оскільки їм не була потрібна міцність. Представляла вона собою напівкулю.
80044. ПІДПРИЄМЛИВІСТЬ – ОСНОВА КОНКУРЕНТНОСПРОМОЖНОСТІ ВИПУСКНИКА 211.5 KB
  З учнями: діагностика: Виявлення характерних рис дитини Виявлення нахилів і здібностей школярів Виявлення спрямованості учнів 811 класів; анкетування: Мої успіхи і невдачі Формування життєвої компетентності особистості Настрій і його зображення Розуміння почуттів іншої людини...
80045. Громадянське виховання як метод правової соціалізації учнів 74 KB
  Виховання адаптованої людини, тобто людини, здатної пристосуватися до вимог суспільства. Прищеплення дітям з раннього віку національних цінностей: патріотизм, людяність, працелюбство, соціальна справедливість, правосвідомість.
80046. Я И МИР ПРОФЕССИЙ 62.5 KB
  Формирование у школьников представлений о мире профессий и о факторах, обуславливающих рациональный выбор профессии; активизация учащихся в профессиональном самоопределении; познакомить учащихся с учебными заведениями города...