- •Оглавление
- •Введение
- •1. Программирование задач на языке basic
- •Программирование линейных вычислительных процессов
- •1.1.2. Справочный материал.
- •1.1.5. Вопросы для самопроверки
- •1.2.3. Пример:
- •20 Input “a b “ ; a , b input “a b “ ; a , b
- •1.2.4. Задание к лабораторной работе.
- •Определённые циклы
- •1.3.4. Задания к лабораторной работе.
- •Определённые циклы. Суммирование членов функционального ряда
- •Input “X, m%, h% “ ; X , m% , h%
- •1.4.4. Задания к лабораторной работе.
- •Файлы прямого и последовательного доступа
- •Input “X m h “ ; X , m% , h
- •Программирование итерационных вычислительных процессов
- •10 Input "Введите значения X,r,k,e" ; X,r,k,e
- •1.6.5. Вопросы для самопроверки
- •1.7.5. Вопросы для самопроверки
- •Формирование и обработка одномерных массивов
- •1.8.5. Вопросы для самопроверки
- •Формирование двумерных массивов и выполнение операций с матричными элементами
- •160 Next I
- •160 Next j
- •150 Next j
- •1.9.5. Вопросы для самопроверки
- •Программирование сложных программ с использованием подпрограмм
- •40 Read X( I ) : next I
- •45 Data 1, 2.1, -3, -4.1, 1.7, 1.8, 1.9, 14.2, -5, -4.3, 11.2, 10.8
- •140 Return
- •90 Read X( I ) : next I
- •100 Data 1, 2.1, -3, -4.1, 1.7, 1.8, 1.9, 14.2, -5, -4.3, 11.2, 10.8
- •1.10.5. Вопросы для самопроверки
- •Программирование цепочек текстовых переменных
- •1.11.5. Вопросы для самопроверки
- •Литература к главе 1
- •2.1.5. Вопросы для самопроверки
- •Решение нелинейного уравнения графическим методом
- •2.2.5. Вопросы для самопроверки
- •Решение НелинейноГо уравнениЯ МетодОм простых итераций
- •2.3.5. Вопросы для самопроверки
- •Решение нелинейного уравнения методом касательных
- •2.4.3. Пример.
- •2.4.5. Вопросы для самопроверки
- •Решение систем Нелинейных уравнений графическим методом
- •2.5.5. Вопросы для самопроверки
- •Решение систем Нелинейных уравнений методом пРостых итераЦиЙ
- •2.6.3. Пример.
- •2.6.5. Вопросы для самопроверки
- •Численное интегрирование:метод прямоугольников и трапеций, формула симпсона
- •2.7.5. Вопросы для самопроверки
- •Численное решение обыкновеНноГо дифференциального уравнениЯ МетодОм эЙлера и рунге-кутта
- •2.8.5. Вопросы для самопроверки
- •Численное решение систем обыкновеНнЫх дифференциальных уравнениЙ МетодОм эЙлера
- •3. Математическое моделирование на пэвм
- •3.1. Системы тел сосредоточенными массами
- •3.1.1. Математическое моделирование теплообмена для тел сосредоточенных масс с окружающей средой
- •3.1.2. Собственные колебания
- •Лабораторная работа № 3.1 исследование автономной линейной системы уравнений
- •Лабораторная работа № 3.2 исследование автономной нелинейной системы уравнений
- •Лабораторная работа № 3.3 решение жестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений (оду)
- •3.1.3. Математическая модель стабильности позвоночника
- •Результаты численных расчетов
- •3.2. Системы с распределенными параметрами
- •3.2.1. Математическое моделирование процесса переноса частиц
- •3.2.2. Математическое моделирование процесса прерванного посола рыбы
- •Отметим, что критерий устойчивости счета методом прогонки к ошибкам округления выполнен, так как
- •Как следует из рекуррентных соотношений (3.2.32), для начала расчета необходимо иметь значения e1 и w1, которые определяются с помощью левого граничного условия (3.2.23)
- •3.2.3. Моделирование процесса переноса частиц на основе гиперболической системы уравнений
- •3.2.4. Математическое моделирование нестационарного двумерного процесса переноса частиц (теплопереноса)
- •Система разностных уравнений (3.2.45) дополнялась начальными и граничными условиями (3.2.40 – 3.2.44) и решалась методом обыкновенной прогонки попеременно в двух направлениях.
- •3.3. Повышение порядка точности аппроксимации дифференциальных уравнений
- •3.3.1. Повышение порядка точности аппроксимации обыкновенных дифференциальных уравнений
- •3.3.2. Повышение порядка точности аппроксимации дифференциальных уравнений гиперболического типа
- •3.4. Интерполяция функций
- •3.4.1. Линейная интерполяция
- •3.4.2. Квадратичная интерполяция
- •3.4.3. Интерполяционная формула Лагранжа
- •3.4.4. Сплайны
- •3.4.5. Алгоритм решения обратных задач по заданным показателям качества
- •Литература к главе 3
Лабораторная работа № 3.1 исследование автономной линейной системы уравнений
Задание. Исследовать следующую систему дифференциальных уравнений:
(3.1.18)
Порядок выполнения работы:
1) Зададим матрицу правых частей А и находим собственные значения λ (3.14)
ORIGIN:= 1;
A:=; EIGENVALS(A) = . (3.1.19)
Собственные числа λ действительны и имеют разные знаки. Точка покоя - седло.
-
Для разных начальных условий решаем задачу Коши и строим фазовые кривые:
D(t,x):= ; x:=; x1:=rkfixed(x,0,1,100,D), (3.1.20)
где х1-матрица решений, имеющая три столбца (первый - время t, второй - х1 и третий - х2).
Рис. 3.3. Фазовые кривые для разных начальных условий
И, наконец, построим векторное поле вектора решений Х
Рис. 3.4. Векторное поле
Лабораторная работа № 3.2 исследование автономной нелинейной системы уравнений
Задание. Решить следующую систему дифференциальных уравнений:
(3.1.21)
Рис. 3.5. Фазовые траектории и временные развертки
-
Зададим вектор правых частей системы уравнений (3.1.21)
ORIGIN:=1; D(t,x):=. (3.1.22)
2) Для двух начальных условий находим решение системы дифференциальных уравнений (3.1.21) и строим фазовые траектории и временную развертку, которые приведены на рис. 3.5.
Лабораторная работа № 3.3 решение жестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений (оду)
Строгого математического обоснования численного решения жестких ОДУ не существует. Исторически интерес к жестким системам возник при изучении уравнений химической кинетики, где одновременно присутствуют очень медленно и очень быстро протекающие химические реакции. Рассмотрим классическую модель взаимодействия трех веществ:
(3.1.23)
Необходимо отметить, что коэффициенты, входящие в систему жестких обыкновенных дифференциальных уравнений (3.1.23), отличаются на несколько порядков при разных слагаемых [III, 14].
Задание. Решить систему жестких дифференциальных уравнений (3.1.23).
1) Зададим вектора правых частей F(t, y), начальных условий y0 и матричную функцию J(t, y), составленную из производных правой части системы уравнений (3.1.23).
. (3.1.24)
2) Попробуем решить задачу (3.1.23 - 3.1.24) методом Рунге-Кутта.
Рис. 3.6. Результаты численного решения системы жестких обыкновенных дифференциальных уравнений (3.1.23) методом Рунге-Кутта
3) Теперь решим эту же систему уравнений методом Булирша-Штера, разработанным для жестких ОДУ и основанным на неявных разностных схемах.
Рис. 3.7. Результаты численного решения системы жестких обыкновенных дифференциальных уравнений (14) методом Булирша-Штера
Сопоставление результатов численных расчетов, приведенных на рис. 3.5-3.7, свидетельствуют о том, что метод Рунге-Кутта оказался непригоден для решения системы жестких обыкновенных дифференциальных уравнений.
Задание. Исследовать численные решения следующих систем дифференциальных уравнений:
1) По лабораторной работе № 3.1 «Исследование автономной линейной системы уравнений». Задать следующие значения коэффициентов, входящих в правую часть системы уравнений (3.1.13), и при этих значениях найти ее решение:
Таблица 3.2
-
№
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
а11
0
4
2
3
4
0
1
9
-1
1
а12
1
0
3
4
3
2
2
8
2
-2
а21
2
5
0
5
2
0
3
7
-3
3
а22
3
6
4
0
1
3
4
6
4
-4
2) По лабораторной работе № 3.2 «Исследование автономной нелинейной системы уравнений». Задать произвольные значения коэффициентов, входящих в правую часть системы уравнений (3.1.21), и при этих значениях найти ее решение.
3) По лабораторной работе № 3.3. «Исследование жесткой нелинейной системы обыкновенных дифференциальных уравнений». Задать произвольные значения коэффициентов, входящих в правую часть системы уравнений (3.1.23), и при этих значениях найти ее решение.