51526

Диференціальні рівняння у частинних похідних

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Проведемо дискретизацію крайових умов отримаємо: Початкову матрицю обираємо як нульову. На кожній ітерації перераховуємо значення елементів матриці за попередніми формулами. Умова завершення

Украинкский

2014-02-12

52.85 KB

1 чел.

Науково-навчальний комплекс "Інститут прикладного системного аналізу"  

при Національному технічному університеті України "КПІ"

Кафедра математичних методів системного аналізу

Лабораторна робота № 2

з курсу "Чисельні методи"

на тему "Диференціальні рівняння у частинних похідних"

                                

                                       Виконав:    студент 3-го курсу

                                        групи КА-06

                                        Анікін Вадим

                                   Прийняв:  Коновалюк М. М.

Київ 2012

 Дано:  Еліптична задача. Розв'язати рівняння Лапласа

uxx + uyy = 0,     0 < x < L1; 0 < y < L2 

var

L1

L2

При x = 0

При x = L1

При y = 0

При y = L2

1

0.90

1.10

u(0, y) - ux(0, y) = g1

ux(L1, y) = g2

uy(x, 0) = g3

uy(x, L2) = g4

 Як точний розвязок беремо функцію:

вар

a

b

c

d

f

1

-0.30

1.50

0.70

0.50

1.30

u(x,y) = a (x2 - y2) + b x y + c x + d y + f

Ход работы:

Розіб’ємо відрізок на відрізків довжиною

  ,

а відрізок на відрізків довжиною

  .

Позначимо , ; , .

Нехай – це значення точного розв’язку рівняння, а – значення наближеного розв’язку.

Проведемо дискретизацію рівняння:

В нашому випадку  При :

Проведемо дискретизацію крайових умов отримаємо:

Початкову матрицю обираємо як нульову. На кожній ітерації перераховуємо значення елементів матриці за попередніми формулами. Умова завершення

Результат:

//Result.txt

1.3 1.353 1.412  1.477 1.548  1.625 1.708  1.797 1.892  1.993 2.1  2.213

1.367  1.435 1.509  1.589 1.675  1.767 1.865  1.969 2.079  2.195 2.317  2.445

1.428  1.511 1.6  1.695 1.796  1.903 2.016  2.135 2.26  2.391 2.528  2.671

1.483  1.581 1.685  1.795 1.911  2.033 2.161  2.295 2.435  2.581 2.733  2.891

1.532  1.645 1.764  1.889 2.02  2.157 2.3  2.449 2.604  2.765 2.932  3.105

1.575  1.703 1.837  1.977 2.123  2.275 2.433  2.597 2.767  2.943 3.125  3.313

1.612  1.755 1.904  2.059 2.22  2.387 2.56  2.739 2.924  3.115 3.312  3.515

1.643  1.801 1.965  2.135 2.311  2.493 2.681  2.875 3.075  3.281 3.493  3.711

1.668  1.841 2.02  2.205 2.396  2.593 2.796  3.005 3.22  3.441 3.668  3.901

1.687  1.875 2.069  2.269 2.475  2.687 2.905  3.129 3.359  3.595 3.837  4.085

Приложение:

//method.cpp

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <math.h>

#include <vector>

using namespace std;

const double eps = 0.000001;

const double a = -0.3, b = 1.5, c = 0.7, d = 0.5, f = 1.3, l1 = 0.9, l2 = 1.1, h1 = 0.1, h2 = 0.1;

const int n1 = (int)(l1 / h1), n2 = (int)(l2 / h2);

 

double u(double x, double y)

{

 return a * (x * x - y * y) + b * x * y + c * x + d * y + f;

}

double g1(const double y)

{

return -a * y * y + (d - b) * y + f - c;

}

double g2(const double y)

{

return 2 * a * l1 + b * y + c;

}

double g3(const double x)

{

return b * x + d;

}

double g4(const double x)

{

return - 2 * a * l2 + b * x + d;

}

double norm(vector< vector<double> >& matr)

{

 double sk = 0;

   for(int i = 0; i < matr.size(); i++)

   {

       for(int j = 0; j < matr[i].size(); j++)

 {

  sk += matr[i][j] * matr[i][j];

 }

   }

 return sqrt(sk);

}

int copy_matr(const vector< vector<double> > & source, vector< vector<double> > & cop)

{

 for(int i = 0; i < cop.size(); i++)

{

 for(int j = 0; j < cop[i].size(); j++)

 {

  cop[i][j] = source[i][j];

 }

}

   return 0;

}

int sub_matr(const vector< vector<double> > & source1, const vector< vector<double> > & source2, vector< vector<double> > & cop)

{

 for(int i = 0; i < cop.size(); i++)

{

 for(int j = 0; j < cop[i].size(); j++)

 {

  cop[i][j] = source1[i][j] - source2[i][j];

 }

}

   return 0;

}

int out_matrix(const vector< vector<double> > & matr, char * name_file, char * coment)

{

   ofstream f_out(name_file, ios :: app);

   f_out << coment;

   int size = matr.size();

   for(int i = 0; i < size; i++)

   {

       int size_i = matr[i].size();

       for(int j= 0; j< size_i; j++)  if(!f_out.fail()) f_out << matr[i][j] << "\t";

       f_out << endl;

   }

   f_out << endl;

   return 0;

}

int main()

{

 char* name_file = "result.txt";

ofstream f_ou(name_file, ios :: trunc);

f_ou.close();

ofstream f_out(name_file, ios :: app);

vector< vector<double> > now(n1 + 1, vector<double>(n2 + 1));

vector< vector<double> > last(n1 + 1, vector<double>(n2 + 1));

vector< vector<double> > temp(n1 + 1, vector<double>(n2 + 1));

 for(int i = 0; i <= n1; i++)

{

 for(int j = 0; j <= n2; j++)

 {

  last[i][j] = 0;

 }

}

copy_matr(last, now);

out_matrix(last, name_file, "pochatkova:\n");

f_out << norm(last) << endl;

 int i = 0;

 do

{

 copy_matr(now, last);

 for(int j = 0; j <= n2 - 1; j++)

 { now[0][j] = (now[1][j] + h1 * g1(j * h2)) / (h1 + 1); }

 

 for(int j = 0; j <= n2 - 1; j++)

 { now[n1][j] = now[n1-1][j] + h1 * g2(j * h2); }

 for(int i = 1; i <= n1 - 1; i++)

 { now[i][0] = now[i][1] - h2 * g3(i * h1); }

 for(int i = 0; i <= n1; i++)

 { now[i][n2] = now[i][n2-1] + h2 * g4(i * h1); }

 for(int i = 1; i <= n1 - 1; i++)

 {

  for(int j = 1; j <= n2 - 1; j++)

  {

   now[i][j] = ( now[i-1][j] + now[i+1][j] + now[i][j-1] + now[i][j+1] ) / 4;

  }

 }

 i++;

 f_out << i << " ";

 out_matrix(now, name_file, "iter:\n");

 f_out << norm(last) << endl;

 sub_matr(now, last, temp);

} while( h1 * norm(temp) >= eps);

vector< vector<double> > real(n1 + 1, vector<double>(n2 + 1));

 for(int i = 0; i <= n1; i++)

{

 for(int j = 0; j <= n2; j++)

 {

  real[i][j] = u(i * h1, j * h2);

 }

}

out_matrix(real, name_file, "real:\n");

f_out << "norm(real)=" << norm(real) << endl;

 return 0;

}


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37728. Исследование линейных электрических цепей постоянного тока 309.11 KB
  1 ток в цепи и падения напряжения на участках цепи определяются по закону Ома: Разветвленная цепь с одним источником э. Сущность метода наложения основывается на принципе суперпозиции заключающегося в том что ток в отдельной ветви линейной разветвленной цепи равен алгебраической сумме...
37729. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 48 KB
  1 за точные то абсолютная погрешность метода эквивалентного генератора таб.4 по сравнению с этими данными для тока I3 составляет 14 мА а абсолютная погрешность при использовании принципа наложения таб.3 мА так как данный ток будет течь в противоположную сторону по сравнении с указанным на схеме при включенном Е2 абсолютная погрешность составляет 34. Таким образом общая абсолютная погрешность для тока I3 составит 3.
37730. Изучение законов равноускоренного движения 232 KB
  Цель работы: изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения; оценка силы трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке. Ускорение свободного падения можно найти с помощью простого опыта: бросить тело с известной высоты и измерить время падения я затем из формулы вычислить . Основная задача которая стоит перед экспериментатором при определении ускорения свободного падения описываемым методом состоит в выборе оптимального...
37731. Определение средней длинны свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха 137.5 KB
  Краткое теоретическое обоснование методики измерений Основное уравнение динамики твёрдого тела вращающегося вокруг неподвижной оси имеет вид: 1 Где момент импульса вращающегося тела; момент его инерции относительно оси вращения; угловая скорость вращения и момент силы....
37732. Определение модуля Юнга стальной проволоки из растяжения 159.5 KB
  2008г дата Томск 2007 Цель работы: ознакомление с одним из методов регистрации величины растяжения стальной проволоки при изучении упругой деформации определение модуля Юнга для стальной проволоки. Методика определения модуля Юнга стальной проволоки. Для определения модуля Юнга стальной проволоки необходимо знать результирующую массу установленных для растяжения проволоки грузов и измерить удлинение проволоки при ее растяжении.
37733. Определение средней длинны свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха 132 KB
  Подобная модель является приближенной и хорошо отвечает наблюдаемым свойствам газов при выполнении условия где эффективный диаметр частиц газа а средняя длина свободного пробега частиц между соударениями. В данной работе вычисляется средняя длина свободного пробега по коэффициенту внутреннего трения вязкости. Из молекулярнокинетической теории вытекает формула связывающая вязкость со средней длиной свободного пробега молекулы.
37734. Определение отношения теплоемкостей газов способом Дезорма и Клемана 128 KB
  По определению теплоемкость 1 По первому началу термодинамики 2 теплота переданная газу; изменение внутренней энергии газа; работа совершаемая газом. Элементарная работа совершаемая газом при изменении его объема определяется 3 давление газа; ...
37735. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВТВЛЁННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ R-L И R-C 209.5 KB
  Цель: экспериментальная проверка основных теоретических соотношений в цепи переменного тока при последовательном включении активного и реактивного сопротивления.