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численные методыА.Б. САМОХИН, В.В. ЧЕРДЫНЦЕВ, А.А. ВОРОНЦОВ

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71

ɇɚ ɪɢɫ ɩɨɤɚɡɚɧ ɩɨɥɭɩɟɪɢɨɞ ɤɨɥɟɛɚɧɢɣ ɫɬɪɭɧɵ ɪɚɫɫɱɢ ɬɚɧɧɵɣ ɩɨ ɮɨɪɦɭɥɚɦ ɩɪɢ ɫɥɟɞɭɸɳɢɯ ɢɫɯɨɞɧɵɯ ɞɚɧɧɵɯ ɝɪɚɧɢɱɧɵɯ ɢ ɧɚɱɚɥɶɧɵɯ ɭɫɥɨɜɢɹɯ X 1, T 1, c 1, L R 0 , f (x) sin(Sx) , g(x) 0 ɒɚɝɢ ɫɟɬɤɢ ɩɨ ɩɪɨɫɬɪɚɧɫɬ ɜɟɧɧɨɣ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɟ ɢ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ 'x 0.05, 't 0.05.

ɑɢɫɥɨ ɲɚɝɨɜ ɩɨ x ɢ ɩɨ t ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɨ N 20, M 20.

7.3. ɉɚɪɚɛɨɥɢɱɟɫɤɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ

Ⱦɚɧɧɵɣ ɬɢɩ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɪɚɫɫɦɨɬɪɢɦ ɧɚ ɩɪɢɦɟɪɟ ɨɞɧɨɦɟɪɧɨɝɨ ɧɟɫɬɚɰɢɨɧɚɪɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɬɟɩɥɨɩɪɨɜɨɞɧɨɫɬɢ ɫ ɝɪɚɧɢɱ ɧɵɦɢ ɢ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦɢ ɭɫɥɨɜɢɹɦɢ ɨɩɢɫɵɜɚɸɳɟɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫ ɭɫɬɚɧɨɜɥɟɧɢɹ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɵ ɜ ɢɡɨɥɢɪɨɜɚɧɧɨɦ ɫɬɟɪɠɧɟ ɢɦɟɸɳɟɦ ɧɚ ɤɨɧɰɚɯ ɩɨɫɬɨɹɧɧɭɸ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɭ L ɢ R ɢ ɡɚɞɚɧɧɨɟ ɧɚɱɚɥɶɧɨɟ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɵ ɜɞɨɥɶ ɫɬɟɪɠɧɹ f (x) :

u

(x,t) c2u

xx

(x,t) , 0 x X , 0 d t T ;

(7.3.1)

t

 

 

 

 

 

u(0,t)

ul (t) { L ,

 

u( X ,t)

ur (t) { R , t [0,T ];

(7.3.2)

 

u(x,0)

f (x),

x [0, X ].

(7.3.3)

Ⱦɥɹ ɚɩɩɪɨɤɫɢɦɚɰɢɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢɫɩɨɥɶɡɭɟɦ ɤɨɧɟɱɧɵɟ ɪɚɡɧɨɫɬɢ ɢ

 

u

 

 

ui, j

 

u

 

2ui, j

u

 

 

 

i 1, j

 

 

c2

i, j 1

 

i, j 1

.

 

 

't

 

('x)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɉɛɨɡɧɚɱɢɦ q

c

2

't

ɉɨɫɥɟ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɣ ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɹɜ

 

('x)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɧɭɸ ɱɟɬɵɪɟɯɬɨɱɟɱɧɭɸ ɫɟɬɨɱɧɭɸ ɫɯɟɦɭ ɜ ɤɨɬɨɪɨɣ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɧɚ (i 1)-ɦ ɫɥɨɟ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɜɵɪɚɠɚɟɬɫɹ ɱɟɪɟɡ ɬɪɢ ɫɨ ɫɟɞɧɢɯ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɧɚ ɧɢɠɧɟɦ i -ɦ ɫɥɨɟ

ui 1, j (1 2q)ui, j q(ui, j 1 ui, j 1) .

(7.3.4)

72

Ɏɨɪɦɭɥɚ ɩɨɡɜɨɥɹɟɬ ɩɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ ɧɚɣɬɢ ɜɫɟ ɡɧɚɱɟ ɧɢɹ ɫɟɬɨɱɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ ɧɚɱɢɧɚɹ ɫɨ ɫɥɨɹ i 0 ɧɚ ɤɨɬɨɪɨɦ ɡɚɞɚɧɵ ɧɚɱɚɥɶɧɵɟ ɭɫɥɨɜɢɹ Ɉɞɧɚɤɨ ɜɵɱɢɫɥɟɧɢɹ ɩɨ ɷɬɨɣ ɮɨɪɦɭɥɟ ɭɫɬɨɣɱɢɜɵ ɬɨɥɶɤɨ ɜ ɬɨɦ ɫɥɭɱɚɟ ɟɫɥɢ ɜɵɩɨɥɧɹɟɬɫɹ ɭɫɥɨɜɢɟ 0 d q d 0.5 ɗɬɨ ɧɚɤɥɚɞɵɜɚɟɬ ɠɟɫɬɤɢɟ ɨɝɪɚɧɢɱɟɧɢɹ ɧɚ ɲɚɝ ɫɟɬɤɢ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɨɛɹɡɵɜɚɹ ɜɵɛɢɪɚɬɶ ɷɬɨɬ ɲɚɝ ɧɚɦɧɨɝɨ ɦɟɧɶɲɢɦ ɱɟɦ ɲɚɝ ɩɨ ɩɪɨɫɬɪɚɧɫɬɜɟɧɧɨɣ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɟ ɱɬɨ ɫɭɳɟɫɬɜɟɧɧɨ ɭɜɟɥɢɱɢ ɜɚɟɬ ɜɪɟɦɹ ɪɚɫɱɟɬɚ ɢ ɨɝɪɚɧɢɱɢɜɚɟɬ ɩɪɢɦɟɧɢɦɨɫɬɶ ɹɜɧɨɣ ɫɯɟɦɵ

Ⱦɥɹ ɚɩɩɪɨɤɫɢɦɚɰɢɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɦɨɠɟɬ ɛɵɬɶ ɢɫɩɨɥɶɡɨ ɜɚɧɚ ɥɟɜɚɹ ɤɨɧɟɱɧɚɹ ɪɚɡɧɨɫɬɶ :

 

ui, j u

 

 

 

 

u

2ui, j

u

 

 

 

 

 

 

 

i 1, j

 

c2

i, j 1

 

 

i, j 1

,

 

 

 

 

't

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

('x)2

 

 

 

 

 

 

 

ɱɬɨ ɩɪɢɜɨɞɢɬ ɤ ɧɟɹɜɧɨɣ ɱɟɬɵɪɺɯɬɨɱɟɱɧɨɣ ɪɚɡɧɨɫɬɧɨɣ ɫɯɟɦɟ :

u

 

§

2

1

·u

u

 

 

1

u

 

 

,

(7.3.5)

 

 

 

 

i, j

¨

 

 

q

¸ i, j

i, j

 

 

 

 

 

 

 

1

©

 

 

¹

 

1

 

q i 1, j

 

 

ɤɨɬɨɪɚɹ ɭɫɬɨɣɱɢɜɚ ɩɪɢ ɥɸɛɵɯ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɹɯ ɲɚɝɨɜ ɫɟɬɤɢ ɂɡ ɫɥɟɞɭɟɬ ɱɬɨ ɞɥɹ ɤɚɠɞɨɝɨ ɫɥɨɹ i ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɡɧɚɱɟ

ɧɢɹ ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɨɣ ɫɟɬɨɱɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ ui, j , j 1, 2,..., N 1 ɫɜɹɡɚɧɵ ɋɅȺɍ ɫ ɬɪɟɯɞɢɚɝɨɧɚɥɶɧɨɣ ɦɚɬɪɢɰɟɣ ȼ ɷɬɨɣ ɦɚɬɪɢɰɟ ɧɚ ɝɥɚɜɧɨɣ ɞɢɚɝɨɧɚɥɢ ɧɚɯɨɞɢɬɫɹ ɡɧɚɱɟɧɢɟ (2 1q ) ɚ ɧɚ ɞɜɭɯ ɫɨɫɟɞɧɢɯ ɞɢɚ

ɝɨɧɚɥɹɯ -1 Ɂɧɚɱɟɧɢɟ ɧɚ ɝɥɚɜɧɨɣ ɞɢɚɝɨɧɚɥɢ ɛɥɢɡɤɨ ɤ 2 ɬ ɤ ɡɧɚ ɱɟɧɢɟ q ɤɚɤ ɩɪɚɜɢɥɨ !!1 ȼɟɤɬɨɪ ɜ ɩɪɚɜɨɣ ɱɚɫɬɢ ɩɪɢ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɦ ɡɧɚɱɟɧɢɢ i const ɢɡɜɟɫɬɟɧ ɢɡ ɜɵɱɢɫɥɟɧɢɣ ɧɚ ɩɪɟ ɞɵɞɭɳɟɦ ɲɚɝɟ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɢ ɜɯɨɞɢɬ ɜ ɩɪɚɜɭɸ ɱɚɫɬɶ ɋɅȺɍ

ɉɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ ɪɟɲɚɹ ɋɅȺɍ ɧɚɱɢɧɚɹ ɫɨ ɫɥɨɹ i 1, ɦɨɠɧɨ ɜɵɱɢɫɥɢɬɶ ɫɟɬɨɱɧɭɸ ɮɭɧɤɰɢɸ ɜɨ ɜɫɟɣ ɨɛɥɚɫɬɢ ɪɟɲɟɧɢɹ ɋɢɫɬɟɦɚ ɦɨɠɟɬ ɛɵɬɶ ɪɟɲɟɧɚ ɤɚɤ ɫɬɚɧɞɚɪɬɧɵɦ ɦɟɬɨɞɨɦ

 

 

 

 

 

73

 

 

ɬɚɤ ɤɚɤ ɩɨɪɹɞɨɤ ɫɢɫɬɟɦɵ ɧɟ ɫɥɢɲɤɨɦ ɜɟɥɢɤ: N 1 ɬɚɤ ɢ ɫɩɟɰɢ

ɚɥɶɧɵɦɢ ɦɟɬɨɞɚɦɢ ɩɪɢɦɟɧɹɟɦɵɦɢ ɞɥɹ ɪɟɲɟɧɢɹ ɫɢɫɬɟɦ ɫ ɬɪɟɯ

ɞɢɚɝɨɧɚɥɶɧɵɦɢ ɦɚɬɪɢɰɚɦɢ ɧɚɩɪɢɦɟɪ ɦɟɬɨɞɨɦ ɩɪɨɝɨɧɤɢ > @

 

 

1

 

 

 

 

 

u1

j

0.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2 j

 

 

 

 

 

 

u3 j

 

 

 

 

 

 

u4

j

0.6

 

 

 

 

 

u6

j

 

 

 

 

 

 

u8

j

0.4

 

 

 

 

 

u10 j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u11 j

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

00

20

40

60

80

100

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

Ɋɢɫ 7.2

 

 

ɇɚ ɪɢɫ 7. ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧ ɪɚɫɱɟɬ ɭɫɬɚɧɨɜɥɟɧɢɹ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɵ ɜ ɫɬɟɪɠɧɟ ɩɪɨɜɟɞɟɧɧɵɣ ɩɨ ɧɟɹɜɧɨɣ ɫɯɟɦɟ ɩɪɢ ɫɥɟɞɭɸɳɢɯ

ɧɚɱɚɥɶɧɵɯ ɢ ɝɪɚɧɢɱɧɵɯ

ɭɫɥɨɜɢɹɯ X

1, T 1; u(0,t)

0 ,

u( X ,t) 0 , t [0,T ]; u(x,0)

f (x)

sin(Sx) ,

x [0, X ]. ɒɚɝɢ ɫɟɬ

ɤɢ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɢ ɩɨ ɩɪɨɫɬɪɚɧɫɬɜɟɧɧɨɣ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɟ 't

0.1,

'x 0.01 ɉɪɢ ɞɚɧɧɨɦ ɡɧɚɱɟɧɢɢ q

1000 ɪɚɫɱɟɬɵ ɩɨ ɹɜɧɨɣ ɫɯɟɦɟ

ɛɵɥɢ ɛɵ ɧɟɜɨɡɦɨɠɧɵ ɢɡ-ɡɚ ɛɨɥɶɲɨɣ ɧɟɭɫɬɨɣɱɢɜɨɫɬɢ ɑɢɫ ɥɨ ɲɚɝɨɜ ɩɨ t ɢ ɩɨ x ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɨ M = 10, N = 100.

74

7.4. ɍɪɚɜɧɟɧɢɹ ɷɥɥɢɩɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɬɢɩɚ

Ⱦɜɭɦɟɪɧɵɟ ɤɪɚɟɜɵɟ ɡɚɞɚɱɢ ɞɥɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɞɚɧɧɨɝɨ ɬɢɩɚ ɪɚɫɫɦɨɬɪɢɦ ɧɚ ɩɪɢɦɟɪɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ Ʌɚɩɥɚɫɚ ɉɭɚɫɫɨɧɚ ɢ Ƚɟɥɶɦ ɝɨɥɶɰɚ

Ɉɛɨɡɧɚɱɢɦ ɤɚɤ ɨɛɵɱɧɨ ɨɩɟɪɚɬɨɪ Ʌɚɩɥɚɫɚ

'u uxx uyy , x, y S .

Ɍɨɝɞɚ ɭɤɚɡɚɧɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢɦɟɸɬ ɜɢɞ

1)

ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ Ʌɚɩɥɚɫɚ:

'u

0

,

2)

ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɉɭɚɫɫɨɧɚ:

'u

f (x, y) .

3)

ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ Ƚɟɥɶɦɝɨɥɶɰɚ: 'u g(x, y)u f (x, y) .

Ƚɪɚɧɢɱɧɵɟ

ɭɫɥɨɜɢɹ

ɡɚɞɚɸɬɫɹ

ɧɚ ɝɪɚɧɢɰɟ ɨɛɥɚɫɬɢ S :

uȽ G(x, y) ,

ɜ

ɱɚɫɬɧɨɫɬɢ ɧɚ

ɝɪɚɧɢɰɟ ɩɪɹɦɨɭɝɨɥɶɧɢɤɚ

x [0, X ], y [o,Y ]:

u(x,0)

u0 (x) , u(x,Y ) uY (x) , u(0, y) u0 ( y),

u( X , y) uX ( y) .

 

 

 

Ɋɚɡɧɨɫɬɧɚɹ ɫɯɟɦɚ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ

Ɋɚɡɧɨɫɬɧɭɸ ɫɯɟɦɭ ɪɚɫɫɦɨɬɪɢɦ ɧɚ ɩɪɢɦɟɪɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɉɭɚɫ ɫɨɧɚ ɜ ɩɪɹɦɨɭɝɨɥɶɧɢɤɟ ɢɫɩɨɥɶɡɭɹ ɞɥɹ ɚɩɩɪɨɤɫɢɦɚɰɢɢ ɜɬɨɪɨɣ ɩɪɨɢɡɜɨɞɧɨɣ ɤɨɧɟɱɧɵɟ ɪɚɡɧɨɫɬɢ ɜɬɨɪɨɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɬɨɱɧɨɫɬɢ

ȼɜɨɞɹ ɫɟɬɤɭ yi

i 'y,

x j

j 'x, 0 d i d M ,0 d j d N ɩɨ

ɥɭɱɚɟɦ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

2ui, j

u

 

 

u

 

2ui, j

u

 

 

 

i, j

1

 

 

i, j

1

 

i

1, j

 

 

i

1, j

fi, j ,

 

 

 

('x)

2

 

 

 

 

('y)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɢɥɢ ɜɜɟɞɹ ɨɛɨɡɧɚɱɟɧɢɟ q

('x)2 / ('y)2 ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɩɹɬɢɬɨɱɟɱ

ɧɭɸ ɪɚɡɧɨɫɬɧɭɸ ɫɯɟɦɭ ɞɥɹ ɜɧɭɬɪɟɧɧɢɯ ɭɡɥɨɜ ɩɪɹɦɨɭɝɨɥɶɧɢɤɚ:

u

 

2(1 q)u

u

 

q(u

 

u

 

) ('x)2 f

i, j

. (7.4.1)

 

i, j

 

 

 

 

 

i, j 1

 

i, j 1

i 1, j

i 1, j

 

 

 

Ⱦɚɧɧɚɹ ɧɟɹɜɧɚɹ ɫɯɟɦɚ ɨɯɜɚɬɵɜɚɟɬ ɜɫɟ ɜɧɭɬɪɟɧɧɢɟ ɬɨɱɤɢ ɨɛ ɥɚɫɬɢ 1 d i d M 1,1 d j d N 1 ɢɯ ɤɨɥɢɱɟɫɬɜɨ n (M 1)(N 1) .

75

Ɍɚɤɨɜɨ ɠɟ ɱɢɫɥɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɢ ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɵɯ ɜ ɋɅȺɍ ɩɨɫɬɪɨɟɧɧɨɣ ɧɚ ɨɫɧɨɜɟ

ɉɭɫɬɶ ɞɥɹ ɩɪɨɫɬɨɬɵ f (x, y) 1 ɞɥɹ

ɜɫɟɯ

x, y S ɬ ɟ

fi, j { 1 ɞɥɹ ɜɫɟɯ ɜɧɭɬɪɟɧɧɢɯ ɬɨɱɟɤ

1 d i d M 1 ,

1 d j d N 1 ɚ

ɝɪɚɧɢɱɧɵɟ ɭɫɥɨɜɢɹ ɬɚɤɨɜɵ ɜɧɢɡɭ

u(x,0)

0 ɫɥɟɜɚ ɢ ɫɩɪɚɜɚ

u(0, y) 0 , u( X , y) 0 ɢ ɬɨɥɶɤɨ ɧɚɜɟɪɯɭ ɡɚɞɚɧɚ ɨɬɥɢɱɧɚɹ ɨɬ ɧɭɥɹ ɮɭɧɤɰɢɹ u(x,Y ) sin(Sx) Ɂɚɞɚɞɢɦ 'x 'y 0.2 , X Y 1 Ɍɨ ɝɞɚ M 5, N 5 ɚ ɱɢɫɥɨ ɜɧɭɬɪɟɧɧɢɯ ɬɨɱɟɤ ɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ n 16 . Ɇɚɬɪɢɰɚ ɋɅȺɍ ɞɥɹ ɞɚɧɧɨɣ ɡɚɞɚɱɢ ɡɚɞɚɟɬɫɹ ɩɨ ɫɥɟɞɭɸɳɟɦɭ ɡɚ ɤɨɧɭ ɧɚ ɹɡɵɤɟ ɩɚɤɟɬɚ Mathcad):

A : matrix(n, n, a)

a(i j)

 

 

 

2 (1

q) if

i

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

if

j

 

 

 

 

i 1

mod( j N 1) z 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

if

i

 

 

 

 

 

j 1

mod(i N 1) z 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

if

j

 

 

 

 

i N 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

if

j

 

 

 

 

i N 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

otherwise

 

 

 

Ɂɞɟɫɶ 0 d i d n 1, 0 d j d n 1 – ɷɬɨ ɢɧɞɟɤɫɵ ɦɚɬɪɢɰɵ A ɨɧɢ ɫɜɹɡɚɧɵ ɫ ɞɪɭɝɢɦɢ ɪɚɧɟɟ ɜɜɟɞɟɧɧɵɦɢ ɢɧɞɟɤɫɚɦɢ i, j ɞɥɹ ɭɡɥɨɜ ɫɟɬɤɢ ɋɟɬɨɱɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ ui, j , 1 d i d M 1, 1 d j d N 1 ɜɵɪɚɠɚ

ɟɬɫɹ ɱɟɪɟɡ ɧɚɣɞɟɧɧɵɣ ɜ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɪɟɲɟɧɢɹ ɋɅȺɍ ɜɟɤɬɨɪ ɪɟɲɟ

ɧɢɹ v

, 1 d l d n 1 ɫɥɟɞɭɸɳɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ ui, j

v

j

 

 

.

l

 

 

1 (N

1)(i

1)

ɉɹɬɢɞɢɚɝɨɧɚɥɶɧɚɹ ɦɚɬɪɢɰɚ A ɢɦɟɟɬ ɫɥɟɞɭɸɳɟɟ ɫɬɪɨɟɧɢɟ

76

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

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14

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

-4

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0

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1

-4

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0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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-4

1

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0

0

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0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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0

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0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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0

0

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0

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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-4

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0

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0

0

0

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0

0

1

0

0

1

-4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

b ɡɚɞɚɟɬɫɹ ɜ ɞɚɧɧɨɣ ɡɚɞɚɱɟ

ȼɟɤɬɨɪ ɩɪɚɜɨɣ ɱɚɫɬɢ ɋɅȺɍ Av

ɩɨ ɡɚɤɨɧɭ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bi

 

 

' 2

if i

 

IK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

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' 2

 

 

sin

S

(i

 

1

 

IK)

'

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x

 

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ɝɞɟ IK

 

(M 2)N M 2 – ɱɢɫɥɨ ɨɩɪɟɞɟɥɹɸɳɟɟ ɜ ɢɧɞɟɤɫɚɯ ɜɟɤ

ɬɨɪɚ ɪɟɲɟɧɢɹ ɧɚɱɚɥɨ ɩɨɫɥɟɞɧɟɝɨ ɫɥɨɹ ɜɧɭɬɪɟɧɧɢɯ ɭɡɥɨɜ ɩɨ ɨɫɢ y , ɧɚ ɤɨɬɨɪɵɯ ɭɱɢɬɵɜɚɟɬɫɹ ɡɚɞɚɧɧɨɟ ɝɪɚɧɢɱɧɨɟ ɭɫɥɨɜɢɟ Ɂɚɞɚɧɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ ɢɡ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɜ ɞɚɧɧɨɣ ɡɚɞɚɱɟ ɹɜɥɹɸɳɚɹɫɹ ɤɨɧɫɬɚɧɬɨɣ f (x, y) { 1 ɜɯɨɞɢɬ ɜ ɩɪɚɜɭɸ ɱɚɫɬɶ ɋɅȺɍ ɜ ɜɢɞɟ ɫɥɚɝɚɟɦɨɝɨ

1 ('x)2 Ɂɧɚɱɟɧɢɹ ɜɟɤɬɨɪɚ ɩɪɚɜɨɣ ɱɚɫɬɢ ɜ ɞɚɧɧɨɣ ɡɚɞɚɱɟ

bT=

 

0

1

2

3

4

5

6

7

0

–0.04

–0.04

–0.04

–0.04

–0.04

–0.04

–0.04

–0.04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

9

10

11

12

13

14

15

 

 

–0.04

–0.04

–0.04

–0.04

0.628

0.991

0.991

0.628

 

77

Ɋɢɫ 7.3

ɇɚ ɪɢɫ ɩɨɤɚɡɚɧɨ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɪɟɲɟɧɢɹ ɚɧɚɥɨ ɝɢɱɧɨɣ ɤɪɚɟɜɨɣ ɡɚɞɚɱɢ ɜ ɞɜɭɦɟɪɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ ɩɪɢ ɩɨɪɹɞɤɟ ɋɅȺɍ n 361 Ɋɟɲɟɧɢɟ ɩɨɥɭɱɟɧɨ ɤɨɦɛɢɧɢɪɨɜɚɧɧɵɦ ɦɟɬɨɞɨɦ Ɂɟɣɞɟɥɹ-

Ɉɋɉ ɩɪɢ ɨɩɬɢɦɚɥɶɧɨɦ ɩɚɪɚɦɟɬɪɟ k0

0.425 ɡɚ m 41 ɢɬɟɪɚɰɢɣ

ɫ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨɣ ɬɨɱɧɨɫɬɶɸ ɪɟɲɟɧɢɹ ɜ H 10 5 Ɉɛɵɱɧɵɣ ɦɟɬɨɞ

Ɂɟɣɞɟɥɹ ɫɯɨɞɢɬɫɹ ɡɞɟɫɶ ɥɢɲɶ ɡɚ m

305 ɢɬɟɪɚɰɢɣ ɢ ɫɨɩɨɫɬɚɜɢɦ

ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɪɟɲɟɧɢɹ ɫ ɩɪɹɦɵɦ ɦɟɬɨɞɨɦ ȿɳɟ ɛɨɥɶɲɟɟ ɱɢɫɥɨ ɬɪɟ ɛɭɟɦɵɯ ɢɬɟɪɚɰɢɣ ɩɨɤɚɡɵɜɚɸɬ ɜ ɞɚɧɧɨɣ ɡɚɞɚɱɟ ɦɟɬɨɞ Ɉɋɉ ɫ ɦɚɬ ɪɢɰɟɣ - m 546 .

Ɉɬɦɟɬɢɦ ɱɬɨ ɦɚɬɪɢɰɚ ɡɚɞɚɱɢ ɩɪɢ 'x 'y ɢ ɡɚɞɚɧɧɨɦ n ɩɨ ɫɬɨɹɧɧɚ ɢ ɧɟ ɡɚɜɢɫɢɬ ɨɬ ɤɪɚɟɜɵɯ ɭɫɥɨɜɢɣ ɢ ɢɫɬɨɱɧɢɤɨɜ f (x, y) , ɤɨɬɨɪɵɟ ɜɯɨɞɹɬ ɜ ɩɪɚɜɭɸ ɱɚɫɬɶ ɋɅȺɍ ɋɨɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɨ ɡɚɞɚɱɢ ɫ ɪɚɡɥɢɱɧɵɦɢ ɤɪɚɟɜɵɦɢ ɭɫɥɨɜɢɹɦɢ ɢ ɢɫɬɨɱɧɢɤɚɦɢ ɦɨɝɭɬ ɪɟɲɚɬɶɫɹ ɫ ɬɟɦ ɠɟ ɫɚɦɵɦ ɨɩɬɢɦɚɥɶɧɵɦ ɩɚɪɚɦɟɬɪɨɦ ɧɚɣɞɟɧɧɵɦ ɨɞɢɧ ɪɚɡ ɞɥɹ ɞɚɧɧɨɣ ɫɟɬɤɢ

7.5. Ʌɚɛɨɪɚɬɨɪɧɵɟ ɡɚɞɚɧɢɹ ɤ ɬɟɦɟ ©ɑɢɫɥɟɧɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɜ ɱɚɫɬɧɵɯ ɩɪɨɢɡɜɨɞɧɵɯª

Ʌɚɛɨɪɚɬɨɪɧɵɟ ɪɚɛɨɬɵ ɩɨ ɬɟɦɟ ɦɨɝɭɬ ɛɵɬɶ ɜɵɩɨɥɧɟɧɵ ɫ ɩɨ ɦɨɳɶɸ ɦɚɬɟɦɚɬɢɱɟɫɤɢɯ ɩɚɤɟɬɨɜ ɩɪɨɝɪɚɦɦ Mathcad ɢɥɢ Matlab. ȼ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɪɚɛɨɬɵ ɞɨɥɠɧɚ ɛɵɬɶ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɚ ɢɫɤɨɦɚɹ ɫɟɬɨɱɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ ɜ ɜɢɞɟ ɦɚɬɪɢɰɵ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɜ ɭɡɥɚɯ ɫɟɬɤɢ ɥɢɛɨ ɜ ɜɢɞɟ ɩɨ

78

ɫɥɨɣɧɨɝɨ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɪɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɹ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɫɟɬɨɱɧɵɯ ɜɟɤɬɨɪɨɜ ɋɥɟɞɭɟɬ ɬɚɤɠɟ ɩɪɢɜɟɫɬɢ ɝɪɚɮɢɱɟɫɤɨɟ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɢɟ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɨɜ

Ƚɢɩɟɪɛɨɥɢɱɟɫɤɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ

ȼɚɪɢɚɧɬɵ ɡɚɞɚɧɢɣ ɞɥɹ ɨɞɧɨɦɟɪɧɨɝɨ ɜɨɥɧɨɜɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɫ ɝɪɚɧɢɱɧɵɦɢ ɢ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦɢ ɭɫɥɨɜɢɹɦɢ ɫɦ 7.2).

ʋ

X

T

L

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f (x)

g(x)

c

'

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ɩ ɩ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1.1

1

1

0

0

sin(Sx)

 

 

 

 

 

0

2

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

1.2

1

2

0

0

sin(Sx) sin(2Sx)

0

1

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

1.3

S

1

0

0

­

 

 

x,x 0.5X

0

2

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

®

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

 

 

 

 

 

¯ x X ,xt0.5X

 

 

 

 

 

1.4

1

2

0

0

­

 

 

x,x 0.75

0

1

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

®

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

 

 

 

 

 

¯ 3x 3,xt0.75

 

 

 

 

 

1.5

S

1

0

0

x(S x)

 

 

 

0

2

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

1.6

1

2

0

0

x x

3

 

 

 

 

 

 

0

1

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.7

S

1

0

0

x sin(x)

 

 

 

 

 

0

2

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1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

1.8

1

2

0

0

x

2

(1 x

2

)

0

1

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9

S

1

0

0

x(S

2

x

2

)

0

2

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.10

1

2

0

0

x(1 x

3

)

 

 

 

0

1

0.1,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɉɚɪɚɛɨɥɢɱɟɫɤɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ

ȼɚɪɢɚɧɬɵ ɡɚɞɚɧɢɣ ɞɥɹ ɨɞɧɨɦɟɪɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɬɟɩɥɨɩɪɨɜɨɞ ɧɨɫɬɢ ɫ ɝɪɚɧɢɱɧɵɦɢ ɢ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦɢ ɭɫɥɨɜɢɹɦɢ ɫɦ

79

ʋ

X

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L

R

 

f (x)

g(x)

c

'

Ɇɟɬɨɞ

 

ɩ ɩ

 

 

 

 

x

 

2.1

1

0.1

0

0

sin(Sx)

0

1

0.01

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2

1

1

0

0

sin(Sx)

0

1

0.01

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3

1

0.1

0

0

sin(Sx) sin(2Sx)

0

1

0.01

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4

1

2

0

0

sin(Sx) sin(2Sx)

0

1

0.01

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

0.1

0

0

­

x,x 0.5X

0

1

0.01 S

1

 

2.5

®

 

 

 

 

 

 

¯ x X ,xt0.5X

 

 

 

 

 

2.6

S

1

0

0

­

x,x 0.5X

0

1

0.01 S

2

 

®

 

 

 

 

 

 

 

¯ x X ,xt0.5X

 

 

 

 

 

2.7

S

0.1

0

0

x(S x)

0

1

0.01 S

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.8

S

2

0

0

x(S x)

0

1

0.01 S

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9

1

0.1

0

0

x x3

0

1

0.01

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.10

1

1

0

0

x x3

0

1

0.01

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.11

S

0.1

0

0

x sin(x)

0

1

0.01..

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.12

S

2

0

0

x sin( x)

0

1

0.01 S

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɇɟɬɨɞɵ - ɹɜɧɵɣ - ɧɟɹɜɧɵɣ ɫɜɟɞɟɧɢɟɦ ɤ ɋɅȺɍ ɢ ɩɨɫɥɟ ɞɭɸɳɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɫɬɚɧɞɚɪɬɧɵɦ ɦɟɬɨɞɨɦ ɋɪɚɜɧɢɬɶ ɫɨ ɫɬɪɨɝɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ

80

ɗɥɥɢɩɬɢɱɟɫɤɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ

Ɋɟɲɢɬɶ ɡɚɞɚɧɧɭɸ ɤɪɚɟɜɭɸ ɡɚɞɚɱɭ ɦɟɬɨɞɨɦ ɫɟɬɨɤ ɫɜɟɞɟɧɢɟɦ ɟɺ ɤ ɋɅȺɍ ɢ ɩɨɫɥɟɞɭɸɳɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɩɪɹɦɵɦ ɫɬɚɧɞɚɪɬɧɵɦ ɢ ɢɬɟɪɚɰɢɨɧɧɵɦ Ɂɟɣɞɟɥɹ–Ɉɋɉ ɦɟɬɨɞɚɦɢ ɋɪɚɜɧɢɬɶ ɫ ɫɭɳɟɫɬ ɜɭɸɳɢɦ ɫɬɪɨɝɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ.

ȼɚɪɢɚɧɬɵ ɡɚɞɚɧɢɣ ɞɥɹ ɤɪɚɟɜɨɣ ɡɚɞɚɱɢ ɫ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹɦɢ ɷɥɥɢɩ ɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɬɢɩɚ ɫɦ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ʋɩɩ

ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ

X

Y

u0 ( x)

 

uY ( x)

 

u0 ( y)

u X ( y)

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f ( x, y)

 

 

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3.1

1

1

1

sin(Sy)

 

0

 

 

0

0

0.2,

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2

2

1

1

x2

 

( x 1)2

 

y

2

( y 1)2

0.2,

–1

 

 

 

0.1

3.3

1

1

1

 

 

uȽ

x y

 

0.2,

 

 

 

0.1

3.4

3

1

1

uȽ

cos(2x) sin(2 y)

0.2,

0, g ( x, y) 4

0.1

3.5

1

1

1

0

 

x

0

 

y

0.2,

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6

2

1

1

x3

 

x3

0

 

1

0.2,

y

 

 

0.1

3.7

1

4

4

10

 

120

90

40

0.5,

-

 

0.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.8

2

1

1

 

 

u

Ƚ

x y

 

0.2,

–2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

3.9

1

2

2

10

 

20

30

40

0.25

 

,0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.10

2

1

1

x3

 

( x 1)3

 

y

3

( y 1)3

0.2,

2

 

 

 

 

0.1

ɍɪɚɜɧɟɧɢɹ – Ʌɚɩɥɚɫɚ – ɉɭɚɫɫɨɧɚ – Ƚɟɥɶɦɝɨɥɶɰɚ.