Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Kurs_vysshei_matematiki_UP_Berkov_N.A._2007-2

.pdf
Скачиваний:
68
Добавлен:
10.06.2015
Размер:
9.19 Mб
Скачать

Km Lm

x = l

 

 

 

 

m = M − 1

 

 

˜

 

˜

 

 

yM = LM yM−1 + KM ;

 

 

yM−1 = LM−1yM + KM−1.

 

 

 

˜

 

˜

 

 

yM =

LM KM−1

+ KM

.

 

 

˜

 

 

 

 

 

 

1 − LM LM−1

 

 

 

˜

˜

 

 

 

 

LM

KM

 

 

 

 

 

β1KM−1 + 2(tn+1)

yM =

 

β0h + β1 − β1LM−1

.

ym m = 0, 1, . . . , M

m = 0

L0 K0

m = m + 1

Lm Km

m < M

 

yM

ym m = m − 1 m > 0

n + 1

|bm| > |am| + |cm|

n = 0 t = 0

n + 1 t = (n + 1)τ n = n + 1

n < M

O(τ ) + O(h2)

 

 

δumn+1 − δumn

a2 δumn

+1 2δumn + δumn 1

= 0.

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

δumn+1 − δumn

 

 

 

 

n+1

 

 

 

n+1

= 0.

 

 

a2 δum+1 2δumn+1 + δum−1

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

δumn = λneiwh

 

 

 

 

 

λneiwh

 

 

 

λ − 1

a2

eiwh

2 + e−iwh

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

eiwh +e−iwh = 2 cos wh2

1cos wh = 2 sin2 wh/2

eiwh 2 + e−iwh = 2(cos wh − 1) = 4 sin wh/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ a2

 

wh

 

 

 

 

 

 

 

λ = 1 4

 

sin2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

h2

2

 

 

 

λ < −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ /h2

λ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin2 wh/2 = 1

λ = 1 4ra2 1,

 

 

 

 

r

1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

2a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

 

 

h2

 

λ − 1

 

a2

 

λ eiwh

2 + e−iwh

 

= 0.

 

 

 

 

 

.

 

λ =

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|λ| 1

 

 

1 + 4ra2 sin2 wh/2

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

= f (x)

 

 

 

 

 

f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u t=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ORIGIN := 0 T OL := 0.00001

L := 1

T max := 1 K := 100

 

N := 5

M := 10

 

A := 1

 

 

 

 

 

k := 0..K L

n := 0..N

 

m := 0..M

 

f (x) := L − x

 

2

 

 

f (x) · cos

(2

 

k + 1)

π

 

x

dx

 

ak :=

 

·

 

 

·

·

 

·

 

 

L

0

 

 

2 · L

 

 

 

u(x, t) =

K

ak e@0 (2 ·

2 L

·

 

·AA1

2

 

·t

 

k=0

 

·

 

k + 1)

 

π

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

2 · L

· π · x

 

 

cos

(2 · k + 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h :=

L

τ :=

T max

xm := h · m tn := τ · n

 

 

M

N

Um,n := u(xm, tn)

u(x, t) t

f (x) F 9

ak u(x, t)

ak u(x, t)

ak u(x, t)

u0 = 100 a = 1 x1 = 1 x2 = 3 x [A, B] A = 3 B = 7

T OL :=

0.0001

ORIGION := 0

N := 5 M := 100

a := 1

A :=

3

B := 7

 

n := 0..N

 

 

 

m := 0..M

h :=

 

B − A

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0 := 0

 

t1 := 0.1 t2 := 0.4 t3 := 1

 

 

 

 

 

 

 

t4 := 5

 

t5 := 20 xm := A + h · m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ψ(x) :=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 if x < 1 x > 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

otherwise

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, t) :=

 

 

 

 

1

 

t < 0.0001

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Ψ(x)

if

 

 

(τ

·

 

x)2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

·

a

·

π

·

t 1

·

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ψ(τ )

 

e

 

 

4 a

 

 

t dτ

otherwise

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Um,n :=

u(xm, tn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, t) t = {0; 0, 1; 0, 4; 1; 5; 20}

U <0>

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U <1>

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U <2>

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U <3>

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U <4>

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U <5>

0

-1

1

 

3

5

7

 

-3

x

 

A

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

U (x, tn)

t → ∞ u → 0

 

 

 

 

 

 

 

xOu

u

 

u x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

t

u(x, t)

 

 

t = const

u(x, t)

 

t ux(x, t)

 

 

 

 

 

x

 

tg α x = const

 

 

 

 

u(x, t)

utt(x, t)

 

x

 

Ou ut(x, t)

 

 

 

 

 

M

¯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

U

T1

 

M1

α1

M α

T

M

M1 x

x

x+dx

ρ

u(x, t) ux(x, t) cos α ≈ 1 tg α ≈ sin α ≈ α α

 

 

 

 

 

 

0x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

M M1

| = |

M M1

|

 

 

 

 

|M M1|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| = x1

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

1 + ux2dx.

 

 

 

 

 

M M1

 

 

 

 

 

 

 

 

x

"

 

ux2

x1

|M M1| ≈ dx = x1 − x = |M M1|.

x

T

¯

¯

| = T

|T

| = |T1

0u g(x, t)

M M1

0u

 

0u

 

¯

| sin α = T (sin α1

sin α) = T (tg α1 tg α).

F1 = |T 1| sin α1 − |T

tg α = ux(x, t) tg α1 = ux(x + dx, t)

F1 = T (ux(x + dx, t) − ux(x, t))

dux(x, t) = uxx(x, t)dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ux(x, t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1 = T

 

 

 

 

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2 = g(x, t)|

M M1

| = g(x, t)|

M M1

| = g(x, t)dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M M1

 

 

 

 

 

 

 

 

dm = ρ|M M1| = ρdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

utt(x, t)

 

M M1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0u

 

2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

2u

dm

 

= F1 + F2

 

 

 

 

 

 

 

ρdx

 

 

 

 

= T

 

 

 

 

 

dx + g(x, t)dx.

2

 

 

 

 

 

∂t

2

 

∂x

2

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

 

 

T ∂2u

 

g(x, t)

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

ρ ∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T /ρ = a2 g(x, t)= F (x, t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

= a

2 2u

+ F (x, t).

 

 

 

 

 

2

 

 

 

∂x

2

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g(x, t) = 0 F (x, t) = 0

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

2 2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

∂x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T F (x, t)

g(x, t) = 0 F (x, t) = 0

 

 

 

 

t = 0

u

 

|t=0

 

u(x, t)|t=0 = ϕ(x)

(x, t)

= ψ(x)

ϕ(x) ψ(x)

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x, 0) = ϕ(x), ut(x, 0) = ψ(x).

l x = 0 x = l

u(0, t) = 0, u(l, t) = 0.

σ

x

t

u(x, t)

σ σ1

σ σ1

dx

u(x + dx, t) − u(x, t) = ux(x, t). dx

σσ1

0

x

x1=x+dx

l

T σ

T = ESux(x, t) S E

T1 σ1 T1 = ESux(x + dx, t)

T1 − T = ES #ux(x + dx, t) − ux(x, t)$ = ES(2u/∂x2)dx.

ρSdx ρ

 

2u

= ES

2u

2u

= a2

2u

 

ρSdx

 

 

 

dx,

 

 

 

,

2

 

2

2

 

2

 

∂t

 

∂x

∂t

 

∂x

 

a2 = E/S

x = 0

u|x=0 = 0

T

x = l ESux(l, t) = 0

∂u

∂x x=l = 0.

∂u

u|x=0 = 0, ∂x x=l = 0.

 

t = 0

 

x = l

 

 

Q

T

 

 

 

 

 

∂u

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

Q = ESux(l, t),

∂x

x=l

=

ES

.

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]