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

34383. Социальная политика. Показатели, характеризующие уровень жизни населения 77.5 KB
  Показатели характеризующие уровень жизни населения Социальная политика государства это комплекс организационных экономических и других мероприятий по улучшению материального благосостояния духовному и физическому развитию населения оказанию поддержки инвалидам и малообеспеченным членам общества. Учитывая комплексный характер определения социальная политика ее обычно расчленяют на следующие составные части: политика доходов населения; социальная защита граждан; развитие системы здравоохранения образования культуры...
34384. Социальные нормы и нормативы. Минимальный потребительский бюджет и минимальная заработная плата 61.5 KB
  Минимальный потребительский бюджет и минимальная заработная плата Переход к рыночной модели хозяйствования неизбежно привносит в жизнь общества хронические болезни капиталистической системы: безработицу резкое имущественное расслоение бедность многочисленных слоев населения. Необходимость проведения активной социальной политики направленной на поддержание уровня жизни населения и обеспечение социальной защиты наиболее нуждающихся граждан обусловливает широкое использование в прогнозировании и планировании социальных нормативов. Это...
34385. Баланс денежных доходов и расходов населения, его роль и методика разработки 72 KB
  Политика доходов была направлена на сохранение в условиях инфляции определенного уровня заработной платы низкооплачиваемым слоям населения и реальной стоимости социальных выплат путем их периодических централизованных повышений или индексаций. Их успешная реализация стала важным этапом в обеспечении устойчивого экономического роста и повышении уровня жизни населения. Реальные денежные доходы населения повысились на 72 их рост по отношению к 1990 г.
34386. Прогнозирование и планирование оплаты труда 66 KB
  Основная цель оплаты труда обеспечить объективно необходимое воспроизводство рабочей силы в соответствии с ее стоимостью и повысить уровень мотивации исполнителей к эффективному труду. Фонд оплаты труда по народному хозяйству – это сумма денежных средств предназначенных для распределения между рабочими и служащими в зависимости от количества и качества затраченного труда. Источниками фонда оплаты труда является национальный доход который распределяется на фонд потребления и фонд накопления.
34387. Реальные доходы населения. Методы их прогнозирования 55 KB
  Методы их прогнозирования Важнейшим обобщающим показателем социального развития и уровня жизни населения являются реальные доходы. Основным источником формирования реальных денежных доходов и стимулирования трудовой деятельности являются зарплата повышение производительности труда и эффективности хозяйствования во всех звеньях экономики рост инвестиционного потенциала населения снижение налоговой нагрузки на фонд зарплаты субъектов хозяйствования всех форм собственности что будет способствовать созданию новых рабочих мест...
34388. Потребительский рынок (ПР). Прогнозирование спроса на товары народного потребления 33.5 KB
  Рынок – сфера товарноденежного обращения охватывает совокупность конкретных отношений и связей между производителями и потребителями товаров. Структура ПР: международный рынок рынок государств содружества рынок РБ рынок региональных областей рынок конкретных товарных групппродовольственных. Рынок: 1.
34389. Прогнозирование и планирование покупательных фондов и товарных ресурсов 37.5 KB
  Рассчитанный таким образом покупательный фонд определяет необходимый объем продажи товаров населению в денежном выражении. К этой величине прибавляется оборот по продаже товаров организациям и учреждениям в порядке мелкооптовой торговли и в результате определяется необходимый объем товарооборота. Дело в том что потребительские ожидания относительно таких факторов как будущие цены на товары наличие товаров и будущий доход способны изменить спрос. Для увязки совокупного спроса на товары народного потребления с товарными ресурсами наряду с...
34390. Формирование структуры товарооборота. Баланс спроса и предложения, его содержание и назначение 41.5 KB
  Чтобы сформировать структуру товарооборота необходимо определить спрос на отдельные группы товаров и сопоставить с ресурсами этих товаров. Структура характеризует соотношение товарных групп и отдельных товаров в общем объеме розничного товарооборота. Соотношение отдельных товарных групп и товаров связано вопервых с их значимостью и вовторых со степенью дополняемости и заменяемости товаров в процессе реализации и потребления. В процессе разработки прогнозов должен осуществляться анализ тенденций изменения структуры товарооборота за...
34391. Внешнеэкономическая политика. Прогнозирование экспорта и импорта 37.5 KB
  Среди моделей получивших широкое применение в мировой практике для прогнозирования экспорта и импорта следует выделить: трендовые модели; функции экспорта и импорта многофакторные модели; комплексные эконометрические модели; модели межотраслевого баланса; матричные модели международной торговли; оптимизационные модели. Трендовые модели у = t b и др. Эти модели используются на стадии составления инерционного прогноза. При конструировании целевого прогноза применяются функции экспорта и импорта многофакторные модели.