41620

Решение задачи Дирихле для уравнения Пуассона методом Чебышева

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Разностную задачу 5 будем решать явным итерационным методом с чебышевским набором параметров который выражается следующей формулой: 10 где заданное число итераций . 11 Результаты: В вычислениях использовался следующий алгоритм: Задаём количество итераций полагаем тогда шаг сетки =01. Полученный ответ с точностью до...

Русский

2013-10-24

103.07 KB

41 чел.

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Лабораторная работа №5

по дисциплине «Численные методы»

На тему: «Решение задачи Дирихле для уравнения Пуассона

методом Чебышева»

Выполнил:

студент группы ПМ-335

Ямилев И.М.

Проверил:

Голичев И.И.

Уфа

2012

Отчёт по лабораторной работе № 5.

 

Задача:

Явным методом Чебышева требуется найти приближённое решение уравнения

                                                                                  (1)

в квадрате с краевыми условиями

                                                           ,                                                        (2)

где – граница квадрата .

Выбираем функцию, удовлетворяющую краевым условиям (2)

.

Вычислим

.

Возьмём по определению в качестве правой части уравнения (1)

,

тогда нам известно точное решение задачи (1), (2).

Теория:

От задачи (1), (2) перейдём к разностной. Вводим на плоскости прямоугольную сетку с шагом по направлению и по направлению . Получим , . Обозначим .

Обозначим через множество внутренних узлов сетки, то есть

,

а через – множество граничных узлов, то есть

.

Пусть далее

Рассмотрим конечномерное пространство функции , заданных на сетке . Здесь и будем обозначать . Обозначим

.

Тогда разностный оператор Лапласа записывается в виде

                                               .                                        (3)

Разностное выражение (3) называется пятиточечным разностным шаблоном, так как содержит значения функции в пяти точках сетки, а именно в точках . Указанное множество точек называется шаблоном разностного оператора Лапласа.

Заменим исходную задачу разностной задачей. При этом будем считать, что , тогда . Разностная аппроксимация задачи (1), (2), принимает вид

                                               ,                                        (4)

или более подробно

                               ,                       (5)

.

Обозначим через пространство функций , заданных на и равных нулю на границе со скалярным произведением

                                                   .                                      (6)

В пространстве определим оператор

                                                .                                       (7)

Тогда уравнение (5) можно записать в операторной форме

                                                               ,                                               (8)

где – функция, заданная на сетке и . Сеточные функции и будем рассматривать как вектора – мерного пространства с координатами .

Наименьшее  и наибольшее собственные значения оператора равны

,

                 (9)

.

Разностную задачу (5) будем решать явным итерационным методом с чебышевским набором параметров, который выражается следующей формулой:

                                                   ,                                   (10)

где , -заданное число итераций,

             .         (11)


Результаты:

В вычислениях использовался следующий алгоритм:

  1.  Задаём количество итераций , полагаем , тогда шаг сетки =0,1.
  2.  По формулам (9), (11) вычисляем , .
  3.  Вычисляем и по формулам (11).
  4.  Полагая , последовательно применяя формулу (10), находим .
  5.  Пункт 4 повторяем, полагая
  6.  Итерационный процесс продолжаем до совпадения первых четырех знаков в последних итерациях по циклам.

Полученный ответ с точностью до четвертой цифры получен после 50 итераций:

Точка

Точное значение функции

Значение после 40 итераций

Значение после 50 итераций

(0.1, 0.1)

0.0081

0.0080999

0.0081

(0.1, 0.2)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.1, 0.3)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.1, 0.4)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.1, 0.5)

0.0225

0.0225

0.0225

(0.1, 0.6)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.1, 0.7)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.1, 0.8)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.1, 0.9)

0.0081

0.0080999

0.0081

(0.2, 0.1)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.2, 0.2)

0.0256

0.0256

0.0256

(0.2, 0.3)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.2, 0.4)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.2, 0.5)

0.04

0.039999

0.04

(0.2, 0.6)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.2, 0.7)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.2, 0.8)

0.0256

0.0256

0.0256

(0.2, 0.9)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.3, 0.1)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.3, 0.2)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.3, 0.3)

0.0441

0.044099

0.0441

(0.3, 0.4)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.3, 0.5)

0.0525

0.052499

0.0525

(0.3, 0.6)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.3, 0.7)

0.0441

0.044099

0.0441

(0.3, 0.8)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.3, 0.9)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.4, 0.1)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.4, 0.2)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.4, 0.3)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.4, 0.4)

0.0576

0.057599

0.0576

(0.4, 0.5)

0.06

0.059999

0.06

(0.4, 0.6)

0.0576

0.057599

0.0576

(0.4, 0.7)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.4, 0.8)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.4, 0.9)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.5, 0.1)

0.0225

0.0225

0.0225

(0.5, 0.2)

0.04

0.039999

0.04

(0.5, 0.3)

0.0525

0.052499

0.0525

(0.5, 0.4)

0.06

0.059999

0.06

(0.5, 0.5)

0.0625

0.062499

0.0625

(0.5, 0.6)

0.06

0.059999

0.06

(0.5, 0.7)

0.0525

0.052499

0.0525

(0.5, 0.8)

0.04

0.039999

0.04

(0.5, 0.9)

0.0225

0.0225

0.0225

(0.6, 0.1)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.6, 0.2)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.6, 0.3)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.6, 0.4)

0.0576

0.057599

0.0576

(0.6, 0.5)

0.06

0.059999

0.06

(0.6, 0.6)

0.0576

0.057599

0.0576

(0.6, 0.7)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.6, 0.8)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.6, 0.9)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.7, 0.1)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.7, 0.2)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.7, 0.3)

0.0441

0.044099

0.0441

(0.7, 0.4)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.7, 0.5)

0.0525

0.052499

0.0525

(0.7, 0.6)

0.0504

0.050399

0.0504

(0.7, 0.7)

0.0441

0.044099

0.0441

(0.7, 0.8)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.7, 0.9)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.8, 0.1)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.8, 0.2)

0.0256

0.0256

0.0256

(0.8, 0.3)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.8, 0.4)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.8, 0.5)

0.04

0.039999

0.04

(0.8, 0.6)

0.0384

0.038399

0.0384

(0.8, 0.7)

0.0336

0.033599

0.0336

(0.8, 0.8)

0.0256

0.0256

0.0256

(0.8, 0.9)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.9, 0.1)

0.0081

0.0080999

0.0081

(0.9, 0.2)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.9, 0.3)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.9, 0.4)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.9, 0.5)

0.0225

0.0225

0.0225

(0.9, 0.6)

0.0216

0.0216

0.0216

(0.9, 0.7)

0.0189

0.0189

0.0189

(0.9, 0.8)

0.0144

0.0144

0.0144

(0.9, 0.9)

0.0081

0.0080999

0.0081


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40555. Вивчення мікрофлори природних еконіш 16.09 KB
  Нашою метою стало провести дослідження: мікрофлори водного середовища мікрофлори повітряного середовища мікрофлори людини мікрофлори кисломолочних продуктів. Для цього ми поставили наступні завдання: Визначити ЗМЧ індекс БГКП і зробити морфологокультуральний опис мікроорганізмів води озера Нивки; Визначити ЗМЧ повітря аудиторії 620 біологічного факультету; Зробити морфоцитологічний опис мікрофлори зубного нальоту; Зробити морфологокультуральний опис мікрофлори ротоглотки; Визначити чутливість мікроорганізмів ротоглотки...
40556. Бактерії у водних екосистемах 16.03 KB
  Навіть бактерії які населяють сухі грунти живуть у воді що міститься у капілярах грунту. Це гетеротрофні бактерії особливістю життєдіяльності яких є вивільнення C N P S та інших елементів з органічних речовин і переведення їх у неорганічну форму з виділенням СО2. Найважливішим у цьому процесі є те що бактерії переводять органогенні елементи у єдину доступну для рослинпродуцентів форму неорганічну NH4 PO43 SO42 CO2 таким чином замикаючи колообіг речовин всередині екосистеми.
40557. Расчет и конструирование одноэтажного промышленного здания 1.1 MB
  Расчёт прочности двухветвевой колонны крайнего ряда. Крайние и средние колонны проектируются сквозными двухветвевыми так как высота здания более 12м. Колонны имеют длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли Н1=14401514=128 м; от верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции в соответствии с габаритом мостового крана согласно стандарту на мостовые краны высотой подкрановой балки рельса размером зазора Н2=1401501523 = 4 м. Высота колонны с высотой анкеровки Н3=Н09=16809=177 м.
40558. Проектирование корпоративной информационной системы предприятия 2.74 MB
  Корпоративная информационная система КИС система DNS сервер клиентская станция автоматизированное рабочее место АРМ программное и аппаратное обеспечение сервис домен адресное пространство. Цель курсовой работы ознакомиться с методами и технологиями проектирования корпоративной информационной системы предприятия КИС. В процессе выполнения курсовой работы необходимо на основе анализа исходных данных и ознакомления с существующими аналогами проектируемых КИС разработать структуру КИС иерархию взаимодействия отдельных элементов...
40559. КОРПОРАТИВНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 19.36 MB
  Рассматриваются современные технологии корпоративной сети как транспортной подсистемы КИС принципы построения сетей основное сетевое оборудование протоколы прикладного уровня варианты технической реализации корпоративных подключений а также возможности и функциональный состав подсистемы интеллектуального здания. Корпоративная сеть является ключевым элементом КИС и поэтому она должна удовлетворять следующим важным требованиям: надежность является одним из факторов определяющих непрерывность деятельности организации;...
40560. Разработка и эксплуатация автоматизированных информационных систем 1.52 MB
  Козлова Методические рекомендации по выполнению курсового проекта по дисциплине: Разработка и эксплуатацияавтоматизированных информационных систем для специальности: Автоматизированные системы обработки информации и управления Самара 2011 Содержание [1] 1. Структура курсового проекта [2.2 Структура глав проекта основная часть0 [3] 3. Требования по оформлению курсового проекта [3.
40561. Факторный Анализ 35.5 KB
  Основной задачей лабораторной работы является выделение наиболее показательных системных счётчиков которые косвенно могут давать нам информацию об остальных параметрах системы Теоретическая часть: Факторный анализ совокупность методов многомерного статистического анализа применяемых для изучения взаимосвязей между значениями переменных. Цели факторного анализа: сокращение числа переменных; определение взаимосвязей между переменными их классификация. Методики факторного анализа: Анализ главных компонент.
40562. Деревья решений 263 KB
  Известно что обучающий контент делится на несколько категорий по виду аудитории пользователей. В данном случае для исследования аудитории пользователей была взята статистика Портала на 1000 человек. Категории пользователей: По возрасту: Младше 18 лет 651; Старше 18 лет 349; По виду учебного заведения: Из пользователей младше 18 лет учащимися школы являются 721; Из пользователей младше 18 лет учащимися ССУЗов являются 279; Из пользователей старше 18 лет учащиеся ССУЗов 72; Из пользователей старше 18 лет студенты ВУЗов...
40563. Деревья решений. Принятие решений 500 KB
  Экспертные системы класс близкий к системам поддержки принятия решений которые представляют собой компьютерные автоматизированные системы целью которых является помощь людям принимающим решение в каких-либо определенных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности. Теория принятия решений область исследования включающая в себя понятия и методы математики статистики экономики менеджмента и психологии которая изучает закономерности выбора людьми путей решения разного рода задач а также исследует способы...