Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
95
Добавлен:
17.04.2013
Размер:
388.61 Кб
Скачать

4. Анализ полученных данных

Для оценки сходимости при увеличении числа узлов сетки был применён следующий метод. Матричная норма для матриц различной размерности бралась по обычным формулам для матрицы Q размерности NxM:

Q(i,j)=| U1(i,j)-U2(i/op1,j/op2) |

где U1 и U2 матрицы размерности NxM и N1xM1, op1=N/N1, op2=M/M2, N<N1, M<M1

Т.е. элементами матрицы Q(i,j) были разности значений функции для близких узлов различных матриц.

В результате была получена следующая таблица:

Таблица 1. Значение элемента Qдля матриц различного размера.

Размерности

Матриц

10x10

20x20

20x20

30x30

30x30

40x40

40x40

50x50

90x90

100x100

200x200

210x210

500x500

510x510

1000x1000

1010x1010

Норма

13.4685

8.6682

6.5015

5.2171

2.6363

1.6192

0.5229

0.2644

Полученные данные говорят о том, что при уменьшении шага сетки норма матрицы Q стремиться к нулю, что говорит о том, что задача решаемая этим методом корректна и устойчива.

Вычисления проводились при разбиении оси 0X на 6 отрезков, а оси 0T на 80 отрезков. Результаты представлены в таблицах 2,3 и на рисунках 3-6.

Для явной схемы: максимальное значение = 15.5012;

минимальное значение = -4.4196;

для неявной : максимальное значение = 15.4548;

минимальное значение = -5.4336.

5. Описания графиков.

На графиках 3,4 представлено решение уравнения по явной разностной

схеме, а на графиках 5,6 по неявной.

Графики 6,7 решений уравнения представляют из себя графики высот, которые записаны в матрице решений U(x,t). Каждому элементы матрицы соответствует точка с высотой равной решению уравненияc i и, гдекоэффициенты матрицы. Коэффициентыоткладываються по осям

X иT соответственно. Каждой высоте на графике соответствует цвет. Зеленые цвета имеют высоты ближе всего лежащие к нулю, красные соответствуют высотам близким к максимальным и минимальным.

На графиках 4,6 изображены линии уровней, представлюящие сечения графиков 20-ю плоскостями и соответствующие высотам:

для явной схемы от -4.4196 до 15.5012, с интервалом 0.5541;

для неявной схемы от-5.4336 до 15.4548, с интервалом 0.5011.

Цвета на графиках линий уровней соответствуют цветам на графиках поверхностей.

На рисунке 7 показан более точный вид поверхности полученный по неявной схеме с разбиением 50x50отрезков.

6. Таблицы результатов и тексты программ.

Таблица 2. Матрица решений полученная по явной схеме.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

12.0000

-1.4533

3.0481

0.3699

1.1876

0.5528

0.6029

0.4283

0.3474

1

15.4548

15.5012

10.0560

9.4036

8.1540

7.7224

7.1231

6.8102

6.4452

2

12.3923

12.2816

12.0419

9.4101

8.7286

7.4926

6.9305

6.1890

5.7445

3

5.6569

5.1025

4.7523

4.4752

3.1295

2.5866

1.6632

1.1531

0.4992

4

2.5359

1.9916

1.6933

1.3963

1.1705

0.4750

0.1088

-0.4895

-0.8676

5

4.1411

4.1535

3.9098

3.7512

3.6017

3.4852

3.1605

2.9633

2.6743

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

9

10

11

12

13

14

15

16

17

0

0.2779

0.1961

0.1521

0.0892

0.0542

0.0083

-0.0208

-0.0544

-0.0782

1

6.2087

5.9587

5.7750

5.5934

5.4496

5.3137

5.2013

5.0980

5.0105

2

5.2416

4.8888

4.5260

4.2470

3.9768

3.7574

3.5528

3.3811

3.2248

3

0.0636

-0.4142

-0.7700

-1.1267

-1.4106

-1.6805

-1.9041

-2.1101

-2.2850

4

-1.3297

-1.6615

-2.0122

-2.2849

-2.5514

-2.7689

-2.9724

-3.1435

-3.2995

5

2.4753

2.2474

2.0753

1.9003

1.7601

1.6261

1.5149

1.4122

1.3249

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

18

19

20

21

22

23

24

25

26

0

-0.1031

-0.1223

-0.1410

-0.1562

-0.1704

-0.1823

-0.1932

-0.2025

-0.2109

1

4.9314

4.8633

4.8024

4.7496

4.7027

4.6618

4.6255

4.5938

4.5659

2

3.0911

2.9710

2.8671

2.7746

2.6941

2.6227

2.5603

2.5052

2.4569

3

-2.4430

-2.5791

-2.7007

-2.8063

-2.9001

-2.9820

-3.0544

-3.1178

-3.1738

4

-3.4330

-3.5530

-3.6568

-3.7493

-3.8298

-3.9012

-3.9636

-4.0187

-4.0670

5

1.2460

1.1780

1.1172

1.0644

1.0175

0.9766

0.9404

0.9087

0.8807

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

27

28

29

30

31

32

33

34

35

0

-0.2181

-0.2245

-0.2301

-0.2351

-0.2394

-0.2433

-0.2466

-0.2496

-0.2522

1

4.5413

4.5197

4.5007

4.4840

4.4693

4.4564

4.4450

4.4350

4.4262

2

2.4143

2.3769

2.3439

2.3150

2.2896

2.2672

2.2475

2.2302

2.2150

3

-3.2229

-3.2661

-3.3041

-3.3375

-3.3669

-3.3927

-3.4155

-3.4354

-3.4530

4

-4.1096

-4.1470

-4.1799

-4.2089

-4.2343

-4.2567

-4.2764

-4.2937

-4.3089

5

0.8562

0.8346

0.8156

0.7988

0.7842

0.7712

0.7599

0.7499

0.7411

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

36

37

38

39

40

41

42

43

44

0

-0.2545

-0.2565

-0.2583

-0.2598

-0.2612

-0.2624

-0.2635

-0.2644

-0.2652

1

4.4185

4.4117

4.4057

4.4005

4.3959

4.3918

4.3882

4.3851

4.3823

2

2.2016

2.1898

2.1794

2.1703

2.1623

2.1553

2.1491

2.1437

2.1389

3

-3.4685

-3.4821

-3.4940

-3.5045

-3.5138

-3.5219

-3.5291

-3.5354

-3.5409

4

-4.3223

-4.3341

-4.3444

-4.3535

-4.3615

-4.3686

-4.3748

-4.3802

-4.3850

5

0.7334

0.7266

0.7206

0.7153

0.7107

0.7066

0.7031

0.6999

0.6972

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

45

46

47

48

49

50

51

52

53

0

-0.2659

-0.2666

-0.2671

-0.2676

-0.2680

-0.2684

-0.2688

-0.2691

-0.2693

1

4.3799

4.3777

4.3759

4.3742

4.3728

4.3715

4.3703

4.3694

4.3685

2

2.1347

2.1310

2.1277

2.1248

2.1223

2.1201

2.1181

2.1164

2.1149

3

-3.5457

-3.5500

-3.5538

-3.5571

-3.5600

-3.5626

-3.5648

-3.5668

-3.5685

4

-4.3892

-4.3929

-4.3962

-4.3990

-4.4016

-4.4038

-4.4057

-4.4074

-4.4089

5

0.6947

0.6926

0.6907

0.6891

0.6876

0.6863

0.6852

0.6842

0.6833

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

54

55

56

57

58

59

60

61

62

0

-0.2695

-0.2697

-0.2699

-0.2701

-0.2702

-0.2703

-0.2704

-0.2705

-0.2706

1

4.3677

4.3671

4.3665

4.3659

4.3655

4.3651

4.3647

4.3644

4.3641

2

2.1136

2.1124

2.1114

2.1105

2.1097

2.1090

2.1084

2.1079

2.1074

3

-3.5701

-3.5714

-3.5726

-3.5736

-3.5745

-3.5753

-3.5761

-3.5767

-3.5772

4

-4.4103

-4.4114

-4.4125

-4.4134

-4.4142

-4.4148

-4.4155

-4.4160

-4.4165

5

0.6826

0.6819

0.6813

0.6808

0.6803

0.6799

0.6796

0.6793

0.6790

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

63

64

65

66

67

68

69

70

71

0

-0.2707

-0.2707

-0.2708

-0.2708

-0.2709

-0.2709

-0.2710

-0.2710

-0.2710

1

4.3639

4.3637

4.3635

4.3633

4.3632

4.3631

4.3630

4.3629

4.3628

2

2.1070

2.1066

2.1063

2.1060

2.1058

2.1055

2.1053

2.1052

2.1050

3

-3.5777

-3.5781

-3.5785

-3.5788

-3.5791

-3.5794

-3.5796

-3.5798

-3.5800

4

-4.4169

-4.4173

-4.4176

-4.4179

-4.4181

-4.4183

-4.4185

-4.4187

-4.4188

5

0.6787

0.6785

0.6783

0.6782

0.6780

0.6779

0.6778

0.6777

0.6776

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

72

73

74

75

76

77

78

79

80

0

-0.2710

-0.2710

-0.2711

-0.2711

-0.2711

-0.2711

-0.2711

-0.2711

-0.2711

1

4.3627

4.3626

4.3626

4.3625

4.3625

4.3624

4.3624

4.3624

4.3623

2

2.1049

2.1048

2.1047

2.1046

2.1045

2.1044

2.1044

2.1043

2.1043

3

-3.5801

-3.5802

-3.5804

-3.5805

3.5806

--3.5806

-3.5807

-3.5808

-3.5808

4

-4.4190

-4.4191

-4.4192

-4.4193

-4.4194

-4.4194

-4.4195

-4.4195

-4.4196

5

0.6775

0.6775

0.6774

0.6774

0.6773

0.6773

0.6772

0.6772

0.6772

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

Таблица 3. Матрица решений полученная по неявной схеме.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

12.0000

11.0344

10.3523

10.3523

9.3196

8.8733

8.4503

8.0442

7.6517

1

15.4548

15.1975

14.8304

14.4281

14.0188

13.6135

13.2163

12.8289

12.4515

2

12.3923

12.1683

11.8727

11.5389

11.1880

10.8326

10.4794

10.1321

9.7926

3

5.6569

5.2142

4.8311

4.4809

4.1508

3.8350

3.5307

3.2367

2.9522

4

2.5359

2.1230

1.7846

1.4911

1.2265

0.9820

0.7522

0.5342

0.3259

5

4.1411

4.0499

3.9217

3.7847

3.6499

3.5211

3.3989

3.2829

3.1725

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

9

10

11

12

13

14

15

16

17

0

7.2712

6.9019

6.5433

6.1949

5.8565

5.5278

5.2086

4.8986

4.5977

1

12.0845

11.7276

11.3808

11.0438

10.7165

10.3986

10.0899

9.7902

9.4993

2

9.4617

9.1399

8.8272

8.5235

8.2287

7.9426

7.6649

7.3955

7.1341

3

2.6767

2.4100

2.1517

1.9014

1.6589

1.4238

1.1960

0.9751

0.7610

4

0.1261

-0.0661

-0.2515

-0.4305

-0.6035

-0.7708

-0.9328

-1.0897

-1.2416

5

3.0671

2.9661

2.8691

2.7756

2.6854

2.5983

2.5141

2.4327

2.3538

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

18

19

20

21

22

23

24

25

26

0

4.3055

4.0219

3.7467

3.4795

3.2203

2.9686

2.7245

2.4875

2.2576

1

9.2169

8.9428

8.6768

8.4187

8.1682

7.9251

7.6892

7.4603

7.2382

2

6.8804

6.6343

6.3955

6.1638

5.9390

5.7209

5.5093

5.3040

5.1047

3

0.5533

0.3519

0.1566

-0.0329

-0.2166

-0.3949

--0.5678

-0.7356

-0.8983

4

-1.3889

-1.5316

-1.6700

-1.8041

-1.9342

-2.0604

-2.1828

-2.3015

-2.4166

5

2.2774

2.2034

2.1317

2.0622

1.9947

1.9294

1.8660

1.8045

1.7449

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

27

28

29

30

31

32

33

34

35

0

2.0345

1.8181

1.6080

1.4042

1.2064

1.0146

0.8284

0.6478

0.4725

1

7.0226

6.8135

6.6106

6.4137

6.2227

6.0374

5.8575

5.6830

5.5137

2

4.9115

4.7239

4.5420

4.3654

4.1941

4.0279

3.8667

3.7102

3.5584

3

-1.0562

-1.2094

-1.3580

-1.5022

-1.6421

-1.7778

-1.9094

-2.0372

-2.1612

4

-2.5283

-2.6366

-2.7417

-2.8437

-2.9427

-3.0386

-3.1318

-3.2221

-3.3098

5

1.6871

1.6310

1.5766

1.5238

1.4725

1.4229

1.3746

1.3279

1.2825

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

36

37

38

39

40

41

42

43

44

0

0.3024

0.1375

-0.0226

-0.1780

-0.3287

-0.4749

-0.6168

-0.7544

-0.8880

1

5.3495

5.1901

5.0355

4.8854

4.7399

4.5986

4.4616

4.3286

4.1996

2

3.4112

3.2683

3.1296

2.9951

2.8646

2.7379

2.6151

2.4959

2.3802

3

-2.2814

-2.3981

-2.5113

-2.6211

-2.7277

-2.8311

-2.9314

-3.0288

-3.1232

4

-3.3948

-3.4773

-3.5574

-3.6350

-3.7104

-3.7835

-3.8545

-3.9233

-3.9901

5

1.2385

1.1958

1.1543

1.1141

1.0751

1.0373

1.0005

0.9649

0.9303

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

45

46

47

48

49

50

51

52

53

0

-1.0175

-1.1433

-1.2653

-1.3836

-1.4984

-1.6099

-1.7180

-1.8229

-1.9246

1

4.0745

3.9530

3.8352

3.7209

3.6099

3.5023

3.3979

3.2966

3.1983

2

2.2680

2.1591

2.0534

1.9509

1.8515

1.7550

1.6614

1.5706

1.4824

3

-3.2148

-3.3037

-3.3900

-3.4737

-3.5549

-3.6337

-3.7101

-3.7843

-3.8563

4

-4.0549

-4.1177

-4.1787

-4.2379

-4.2953

-4.3510

-4.4051

-4.4575

-4.5084

5

0.8968

0.8643

0.8327

0.8021

0.7723

0.7435

0.7155

0.6884

0.6620

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

54

55

56

57

58

59

60

61

62

0

-2.0234

-2.1192

-2.2121

-2.3023

-2.3898

-2.4747

-2.5571

-2.6370

-2.7145

1

3.1029

3.0104

2.9206

2.8335

2.7490

2.6670

2.5874

2.5102

2.4353

2

1.3969

1.3139

1.2334

1.1553

1.0796

1.0060

0.9347

0.8655

0.7983

3

-3.9261

-3.9938

4.0595

--4.1233

-4.1852

-4.2452

-4.3035

-4.3600

-4.4148

4

-4.5578

-4.6057

-4.6521

-4.6972

-4.7410

-4.7834

-4.8246

-4.8646

-4.9033

5

0.6365

0.6117

0.5876

0.5643

0.5416

0.5197

0.4983

0.4777

-0.4576

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

63

64

65

66

67

68

69

70

71

0

-2.7898

-2.8628

-2.9336

-3.0023

-3.0690

-3.1337

-3.1964

-3.2573

-3.3164

1

2.3626

2.2921

2.2237

2.1573

2.0929

2.0305

1.9698

1.9110

1.8539

2

0.7332

0.6700

0.6086

0.5491

0.4914

0.4354

0.3810

0.3283

0.2771

3

-4.4680

-4.5196

-4.5697

-4.6183

-4.6654

-4.7112

-4.7555

-4.7986

-4.8404

4

-4.9410

-4.9775

-5.0129

-5.0472

-5.0806

-5.1129

-5.1443

-5.1747

-5.2043

5

0.4381

0.4192

0.4009

0.3831

0.3658

0.3491

0.3329

0.3171

0.3018

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

72

73

74

75

76

77

78

79

80

0

-3.3737

-3.4293

-3.4833

-3.5357

-3.5865

-3.6358

-3.6836

-3.7300

-3.7750

1

1.7986

1.7448

1.6927

1.6421

1.5931

1.5455

1.4993

1.4544

1.4110

2

0.2275

0.1793

0.1326

0.0872

0.0432

0.0005

-0.0409

-0.0811

-0.1201

3

-4.8809

-4.9203

-4.9584

-4.9954

-5.0314

-5.0662

-5.1000

-5.1328

-5.1647

4

-5.2330

-5.2608

-5.2877

-5.3139

-5.3393

-5.3640

-5.3879

-5.4111

-5.4336

5

0.2870

0.2726

0.2586

0.2451

0.2319

0.2191

0.2068

0.1948

0.1831

6

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

4.0000

Соседние файлы в папке mpm_19b