51087

Решение краевой задачи второго порядка для обыкновенных дифференциальных уравнений

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Цель работы: Практическое использование методов численного решения краевой задачи. Дано: Дифференциальное уравнение с граничными условиями

Русский

2014-02-05

30.33 KB

3 чел.

Науково-навчальний комплекс "Інститут прикладного системного аналізу"  

при Національному технічному університеті України "КПІ"

Кафедра математичних методів системного аналізу

Лабораторна робота № 1

з курсу "Чисельні методи"

на тему "Решение краевой задачи второго порядка для обыкновенных дифференциальных уравнений"

                                

                                       Виконав:    студент 3-го курсу

                                        групи КА-06

                                        Анікін Вадим

                                   Прийняв:  Коновалюк М. М.

Київ 2012

Цель работы: Практическое использование методов численного решения краевой задачи.

 Дано:  Дифференциальное уравнение с граничными условиями:

              

         

Ход работы:

Найдем численное решение краевой задачи  на отрезке [1.7;2] с шагом h=0,05, используя метод конечных разностей. Будем использовать разностные производные второго порядка точности:

 

Решим данню систему с помощью разложения Холецкого.

Результат:

//Result.txt

A:   -14       20       -5        0        0        0        0

    400     -798      380        0        0        0        0

      0      405     -798      355        0        0        0

      0        0      420     -798      320        0        0

      0        0        0      445     -798      275        0

      0        0        0        0      480     -798      220

      0        0        0        0       10      -40       30

b: 1.500 1.750 1.800 1.850 1.900 1.950 2.000

y: -1.278 -1.015 -0.782 -0.594 -0.450 -0.338 -0.233

A*y: 1.500 1.750 1.800 1.850 1.900 1.950 2.000

 Вывод: 

Мы нашли численное решение краевой задачи  на отрезке [1.7; 2] с шагом h=0,05, используя метод конечных разностей и метод Холецкого. Точность решения – три знака после запятой.

Приложение:

//method.cpp

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <math.h>

include <conio.h>

using namespace std;

double pi(double y)

{

 return -0.5 * pow(y, 2);

}

double qi(double y)

{

 return 2;

}

double fi(double y)

{

 return y;

}

FILE * p;

void outV (double *v, char *name)

{

fprintf (p, name);

fprintf (p, "\n");

 for (int i = 0; i < 7; i++)

 fprintf (p, "%.3f ", v[i]);

fprintf (p, "\n"); fprintf (p, "\n");

}

void outM (double *m, char* name)

{

fprintf (p, name);

fprintf (p, "\n");

 for (int i = 0; i < 7; i++)

{

 for (int j = 0; j < 7; j++)

  fprintf (p, "%8.0f ", *(m + 7*i + j));

 fprintf (p, "\n");

}

fprintf (p, "\n");

}

double *Cholesky( double *A, double *b)

{

 double *X, l[7][7]={0}, c[7][7] = {0}, y[7], sum = 0, *LC;

X=(double *)calloc(7,10);

 for (int i = 0; i < 7; i++)

{

 l[i][0] = *(A+7*i);

 c[0][i] = *(A+i) / l[0][0];

}

 for (int i = 0; i < 7; i++)

{

 for (int j = 0; j < 7; j++)

 {

  sum = 0;

  if (i>=j)

  {

   for (int k = 0; k < j; k++)

    sum += l[i][k] * c[k][j];

   l[i][j] = *(A+7*i+j) - sum;

  }

  if (i <= j)

  {

   sum = 0;

   for (int k = 0; k < i; k++)

    sum += l[i][k] * c[k][j];

   c[i][j] = (*(A+7*i+j) - sum) / l[i][i];

  }

  

 }

}

fprintf (p, "\n");

LC=(double *)calloc(49,10);

 for (int i=0; i < 7; i++)

 for (int j=0; j < 7; j++)

  for (int k=0;k < 7; k++)

   *(LC+7*i+j)+=l[i][k]*c[k][j];

y[0]=b[0]/l[0][0];

 for (int i = 1; i < 7; i++)

{

 sum = 0;

 for (int k = 0; k < i; k++)

  sum += l[i][k] * y[k];

 y[i]=(b[i]-sum)/l[i][i];

}

*(X+6)=y[6];

 for (int i = 5; i>=0; i--)

{

 sum = 0;

 for (int k = i+1; k < 7; k++)

  sum += c[i][k] * (*(X+k));

 *(X+i)=(y[i]-sum);

}

outV(X, "X: ");

 return X;

}

void check( double *A, double *X)

{

 double sum[7]={0,0,0,0,0,0,0}, *I;

I=(double *)calloc(49,10);

 for (int i = 0; i < 7; i++)

{

 for (int j=0; j < 7; j++)

 sum[i] += *(A + 7 * i + j) * (*(X+j));

}

outV(sum, "A*x: ");

}

int main()

{

 double *A, *b, *X, aa = 1.7, bb = 2, h = 0.05, alpha0 = 1, alpha1 = 0.5, betta0 = 0, betta1 = 1;

 int N = (int)((bb - aa) / h) + 1;

p = fopen ("Result.txt","w");

A=(double*)calloc(N * N, 10);

 for (int i = 1; i < N - 1; i++)

{

 for (int j = 0; j < N; j ++)

  if (j == i - 1) A[N * i + j] = 1 / (h * h) - pi(j) / (2 * h); else

   if (j == i) A[N * i + j] = - 2 / (h * h) + qi(j); else

    if (j == i + 1) A[N * i + j] = 1 / (h * h) + pi(j) /

 (2 * h); else A[N * i + j] = 0;

}

A[0] = alpha0 - 3 * alpha1 / (2 * h); A[1] = 2 * alpha1 / h; A[2] = - alpha1 /

 (2 * h);

A[48] = betta0 + 3 * betta1 / (2 * h);

A[47] = -2 * betta1/ h;

A[46] = betta1 / (2 * h);

b=(double*)calloc(N, 10);

b[0] = 1.5; b[6] = 2;

 for (int i = 1; i < N - 1; i++)

 *(b + i) = fi(aa + i * h);

outM(A, "A: ");

outV(b, "b: ");

X=Cholesky(A, b);

check(A, X);

 return 0;

}


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35248. Тема: Знаходження значення інтеграла по формулам НьютонаКотеса. 25 KB
  Мета: Навчитися знаходити значення інтеграла по формулам Ньютона-Котеса. Скласти програму.
35249. Знаходження інтеграла за формулами прямокутників 24 KB
  Навчитися знаходити значення інтегралу за формулами прямокутників. Скласти програму.
35251. Обчислення інтегралу по формулі Сімпсона. Складання алгоритму 29 KB
  Тема. Обчислення інтегралу по формулі Сімпсона. Складання алгоритму. Мета. Навчитися обчислювати інтеграл по формулі Сімпсона; склаcти алгоритм.
35252. Основи конституційного права України 115.5 KB
  начно радикальніший проект Конституції України було опубліковано у вересні 1905 р. в першому числі часопису Української народної партії Самостійна Україна під назвою Основний закон Самостійної України спілки народу українського. Цей проект передбачав повну самостійність України, територія якої мала складатися з девяти земель.
35253. Знаходження власних чисел і векторів матриці по методу Крилова 81.5 KB
  Знайти одне з власних чисел і відповідний йому власний вектор матриці А по методу Крилова (використати результати лабороторної роботи № 18).
35254. Метод Ейлера вирішення задачі Коші 81 KB
  Мета. Навчитися будувати розв’язок задачі Коші по методу Ейлера. Скласти програму. Устаткування: папір формату А4, програмне забезпечення Borland С++, ПК
35255. Програмування циклів 152 KB
  code початок сегменту кода strt: початок модулю strt mov x@dt запис в регістр ах всіх адрес змінних mov dsx запис в регістр ds вмісту регістру ах mov cx len пересилка len в регістр cx xor xx обнуління регістру ах jcxz exit перехід на мітку exit если сх. jne m1 перехід на мітку m1 виконується якщо не еквівалентні ms[si] з нулем inc l збільшення вмісту регістру l на 1 m1: мітка m1 inc si збільшення si на 1 loop cycl організація...