Слайд 1ОБЫКНОВЕННЫЕ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ
УРАВНЕНИЯ.
Задача Коши.
Слайд 2Обыкновенными дифференциальными уравнениями называются такие уравнения, которые содержат одну или
несколько производных от искомой функций у = у(х).
Их можно
записать в виде
где х — независимая переменная.
Слайд 3Наивысший порядок n входящей в уравнение (1) производной называется порядком
дифференциального уравнения.
Слайд 4Решением дифференциального уравнения (1) называется всякая п раз дифференцируемая функция
, которая
после ее подстановки в уравнение превращает его в тождество.
Слайд 5Общее решение обыкновенного дифференциального уравнения n-го порядка (1) содержит n
произвольных постоянных C1, С2, ... , Сn:
Частное решение дифференциального
уравнения получается из общего, если произвольным постоянным придать определенные значения.
Слайд 6задача Коши (дополнительные условия задаются в одной точке)
краевая задача
(дополнительные условия задаются в более чем одной точке)
Слайд 8Решение задачи Коши.
сущность метода конечных разностей. состоит в следующем:
1. область непрерывного изменения аргумента (например, отрезок) заменяется дискретным множеством
точек - узлами. Эти узлы составляют разностную сетку.
Слайд 92. Искомая функция непрерывного аргумента приближенно заменяется функцией дискретного аргумента
на заданной сетке (сеточной функцией).
3. Исходное дифференциальное уравнение заменяется разностным
уравнением относительно сеточной функции.
Слайд 10Такая замена дифференциального уравнения разностным называется его аппроксимацией на сетке
(или разностной аппроксимацией).
Таким образом, решение дифференциального уравнения сводится к
отысканию значений сеточной функции в узлах сетки.
Слайд 11Метод Эйлера.
Рассмотрим уравнение
с
начальным условием
для определенности будем считать, что решение нужно получить для значений х > x0.
Слайд 121. выбирается достаточно малый шаг и строится
система равноотстоящих точек
2. Вычисляются
Слайд 13При этом искомая интегральная кривая проходящая через точку
заменяется ломанной
с вершинами .
Слайд 14Для оценки погрешности на практике пользуются двойным просчетом: с шагом
h и шагом h/2.
Погрешность более точного значения (при
шаге h/2) оценивают приближенно так:
где - значение точного решения уравнения при
,
-приближенное значение полученное при вычислениях с шагом h .
- приближенное значение полученное с шагом h/2.
Слайд 15
Рассмотрим систему двух уравнений первого порядка
с начальными условиями
Слайд 16Приближенные значения вычисляются для этой системы по формулам
Слайд 17Модификации метода Эйлера.
1) Метод Эйлера-Коши
Слайд 18Оценка погрешности в точке , полученная с
помощью двойного пересчета, имеет вид:
где -
значение точного решения уравнения при
,
-приближенное значение полученное при вычислениях с шагом h .
- приближенное значение полученное с шагом h/2.
Слайд 192) другая модификация метода Эйлера заключается в итерационном уточнении значения
на каждом шаге.
В качестве нулевого приближения
берут
Слайд 20Далее строится итерационный процесс
Итерации продолжают до тех пор, пока для
двух последовательных приближений не будет выполнено условие
Слайд 21Как правило, при достаточно малом h итерации быстро сходятся.
Если
после трех-четырех итераций не произошло совпадение нужного числа десятичных знаков,
то следует уменьшить шаг расчета h.
Слайд 22Метод Рунге-Кутта.
Рассмотрим уравнение
с начальным
условием
Слайд 23Если известно значение в точке
, то вычисление приближенного значения в следующей
точке производится по формулам:
Слайд 25Оценку погрешности метода можно получить с помощью двойного просчета по
формуле