49040

Решение дифференциального уравнение с заданными начальными значениями

Курсовая

Математика и математический анализ

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: 3.Эйлер модифицированный Для уменьшения погрешности вычислений часто используется модифицированный метод Эйлера.

Русский

2014-01-07

451 KB

3 чел.

Введение


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:


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=

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




5.Листинг программы на языке Visual Basic



6.Формы программы в Visual Basic

 


7.Проверка в MathCad


Заключение



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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68424. Структура биосферы 46 KB
  Строение биосферы Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы всю гидросферу океаны моря поверхностные воды суши а также верхнюю часть литосферы. Верхней границей биосферы является озоновый слой 2030 км от земной поверхности а её нижняя граница не опускается в литосферу ниже 23 км.
68425. Экологические факторы 60 KB
  В числе факторов неживой природы присутствуют физические космические климатические орографические почвенные и химические компоненты воздуха воды кислотность и иные химические свойства почвы примеси промышленного происхождения. Содержание водяного пара в воздухе зависит от температуры...
68426. Экологические факторы окружающей среды. Абиотические факторы 282 KB
  В числе факторов неживой природы присутствуют физические космические климатические орографические почвенные и химические компоненты воздуха воды кислотность и иные химические свойства почвы примеси промышленного происхождения.
68427. Биотические и антропогенные факторы 46 KB
  Например в тканях дерева в древесине лубе коре развиваются многие грибы плодовые тела которых трутовики можно видеть на поверхности ствола; внутри листьев плодов стеблей травянистых и древесных растений живет множество насекомых и других беспозвоночных а дупла деревьев обычное место...
68428. Биотические факторы. Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов 283 KB
  Биотические факторы наземной и водной среды почв Биологически активные вещества живых организмов Антропогенные факторы Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов Понятие лимитирующего фактора.
68429. Виды и характер загрязнения окружающей среды 106.5 KB
  Источники загрязнения окружающей среды Загрязнение окружающей среды это поступление в среду любых веществ твердых жидких газообразных или видов энергии тепла шума радиоактивности в таких количествах которые оказывают вредное влияние на человека животных и растения...
68430. Экстремальные воздействия на биосферу 76 KB
  К экстремальным относят такие воздействия, которые создают неустойчивые и неблагоприятные условия существования человека и естественных экосистем и нередко приводят к их гибели. Экстремальные воздействия на природную окружающую среду могут иметь антропогенный...
68431. Виды природных ресурсов 30 KB
  Источниками энергии на нашей планете являются Солнце вода горючие полезные ископаемые тепло земной коры ветер. В середине 20 века эти природные источники энергии дополнились рукотворными расщепление атомных ядер. И хотя общее потребление энергии неуклонно возрастает участие в нём отдельных...
68432. Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье населения 35 KB
  Основную тревогу вызывает разрушительное действие загрязнения биосферы на здоровье человека. Характер такого действия может быть самым различным: это прежде всего: 1 токсическое действие многих химических веществ приводящих к острому или хроническому отравлению организма.