30065

Метод Эйлера модифицированный. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

Книга

Информатика, кибернетика и программирование

Метод Эйлера.Метод Эйлера модифицированный. Для этого необходимо было решить уравнение y’x=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

66 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

308. Положительные и отрицательные стороны клонирования 106.5 KB
  Разработанные методы клонирования животных пока еще далеко не совершенны. В процессе экспериментов наблюдается высокая смертность плодов и новорожденных. Идея клонирования Homo sapiens ставит перед человечеством такие проблемы, с какими оно прежде не сталкивалось.
309. Использование программы Поиск решения для решения транспортной задачи 89.5 KB
  Определить план транспортных перевозок так, чтобы стоимость перевозок была минимальной и при этом удовлетворялись все потребности пунктов потребления за счет запасов пунктов отправления.
310. Оценка экологической обстановки в городе Южный 48 KB
  Решающими факторами для построения порта Южный стали глубокая вода (поэтому море почти никогда не замерзает), а также наличие рядом железной дороги, через которую уголь поступает из Кузбасса в Европу.
311. Особливості видавничої діяльності 130 KB
  Видавнича діяльність та структура видавництва. Видавництво в умовах ринкової економіки. Штат та посадові обов’язки працівників. Робота коректора в процесі підготовки видавничого оригіналу. Редагування та підготовка статей до виходу.
312. Особенности теории права. Подзаконные НПА субъектов Федерации 135 KB
  Подзаконные НПА субъектов Федерации. Постановления главы субъекта. Удовлетворение интересов управомоченного лица путем непосредственного воздействия на вещь. Срок испытания при приеме на работу.
313. Проповедование евангельского учения 83.5 KB
  Внимание проповедника к собственным действиям. Притчи призваны были предостерегать учеников от разочарования и одновременно показать им, что их ожидает на поприще благовестия. что Бог ненавидит грех и карает его вечными муками.
314. Анальгетики 41.5 KB
  Общая характеристика анальгетиков. Наркотические анальгетики, их классификация. Отравление морфином и помощь при отравлении. Анальгезирующая активность при определенных видах болей.
315. Імітаційне моделювання використання УСІМ 44 KB
  Використання УСІМ клітчатого автомату мовою matlab. Концепція універсальної системи імітаційного моделювання. Даною УСІМ можливо реалізовувати моделі хвороб, розповсюдження слухів, і реалізовувати все що розповсюджується за допомогою спілкування.
316. Минералы и горные породы. Виды минералов и горных пород 116 KB
  Структура, химический состав и связи минералов. Понятие о горных породах: классификация, минеральный состав, структура и текстура горных пород. Метаморфические горные породы: классификация, структура, текстура и минеральный состав.