5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Επανάληψη

Σχετικά έγγραφα
5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Επανάληψη

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Πρόβλημα Αρχικών τιμών (B)

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Πρόβλημα Αρχικών τιμών (B)

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Ολοκληρώματα.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ MATLAB ΔΕΥΤΕΡΗ ΕΚΔΟΣΗ [ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΕΠΑΥΞΗΜΕΝΗ]

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ, ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΟΣΕΩΝ. Κεφ. 1: Εισαγωγή (διάρκεια: 0.5 εβδομάδες)

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Ολοκληρώματα.

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς.

Κεφ. 7: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Πρόλογος Εισαγωγή στη δεύτερη έκδοση Εισαγωγή... 11

Κεφ. 6Β: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

Πίνακας Περιεχομένων

Πίνακας Περιεχομένων

A Τελική Εξέταση του μαθήματος «Αριθμητική Ανάλυση» Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, , 3 ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ #1: ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΙΝΗΤΗΣ ΥΠΟ ΙΑΣΤΟΛΗΣ ΚΑΙ ΡΙΖΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Σ.


Επίσης, γίνεται αναφορά σε µεθόδους πεπερασµένων στοιχείων και νευρονικών δικτύων.

Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

Πιο συγκεκριμένα, η χρήση του MATLAB προσφέρει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.

Αριθµητική Ολοκλήρωση

6. Αριθμητική επίλυση συνήθων διαφορικών

Αριθμητική Ανάλυση. Ενότητα 1: Εισαγωγή Βασικές Έννοιες. Φραγκίσκος Κουτελιέρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α. Πρόλογος...15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Σφάλματα

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Συστήματα Γραμμικών Αλγεβρικών Εξισώσεων

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Συστήματα Γραμμικών Αλγεβρικών Εξισώσεων

Αριθμητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστημάτων

KΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΣΥΝΗΘΩΝ. Το τυπικό πρόβληµα αρχικών τιµών που θα µας απασχολήσει, είναι το ακόλουθο:

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Η διατήρηση μάζας σε ένα σύστημα τριών αντιδραστήρων περιγράφεται από το παρακάτω σύστημα συνήθων διαφορικών εξισώσεων:

Κεφάλαιο 1. Αριθµητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστηµάτων

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Aριθμητική Ανάλυση, 4 ο Εξάμηνο Θ. Σ. Παπαθεοδώρου

Κεφ. 6Α: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις - προβλήματα δύο οριακών τιμών

Παράδειγµα #11 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΡΧΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ Σ Ε ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης

Αριθμητική Ολοκλήρωση της Εξίσωσης Κίνησης

MEM 253. Αριθμητική Λύση ΜΔΕ * * *

Κεφ. 2: Επίλυση συστημάτων εξισώσεων. 2.1 Επίλυση εξισώσεων

Θέματα Εξετάσεων Σεπτεμβρίου 2010:

Κεφάλαιο 2. Μέθοδος πεπερασµένων διαφορών προβλήµατα οριακών τιµών µε Σ Ε

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΟΡΙΣΜΟΙ: διαφορές των αγνώστων συναρτήσεων. σύνολο τιμών. F(k,y k,y. =0, k=0,1,2, δείκτη των y k. =0 είναι 2 ης τάξης 1.

ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Κωνσταντίνος Ξ. Τσιόκας. Αν. Καθηγήτρια Α.Π.Θ.

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

1 Επίλυση Συνήθων ιαφορικών Εξισώσεων

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ

Κεφ. 2: Επίλυση συστημάτων αλγεβρικών εξισώσεων. 2.1 Επίλυση απλών εξισώσεων

15 εκεµβρίου εκεµβρίου / 64

HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΙΝΗΤΗΣ ΥΠΟΔΙΑΣΤΟΛΗΣ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 11. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Κεφ. 2: Επίλυση συστημάτων αλγεβρικών εξισώσεων. 2.1 Επίλυση απλών εξισώσεων

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

Παράδειγμα #8 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΙΣΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης. την κεντρώα έκφραση πεπερασμένων διαφορών 2 ης τάξης και β) για τη παράγωγο f

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης ΕΚΠΑ. 16 Ιανουαρίου 2015

Πεπερασμένες Διαφορές.

ΧΡΟΝΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ. Για την επίλυση χρονομεταβαλλόμενων προβλημάτων η διακριτοποίηση στο χώρο γίνεται με πεπερασμένα στοιχεία και είναι της μορφής:

Αριθμητική Επίλυση Συνήθων Διαφορίκών Εξισώσεων 3ο Εργαστήριο 27/03/2015 1

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ

HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Επιστημονικοί Υπολογισμοί (ή Υπολογιστική Επιστήμη)

Αριθμητική παραγώγιση εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Τµήµα Β (Περιττοί) : Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης. 25 Μαΐου 2010 ΕΚΠΑ

Προγραμματισμός και Χρήση Ηλεκτρονικών Υπολογιστών - Βασικά Εργαλεία Λογισμικού

Μαρία Χ.Γουσίδου-Κουτίτα Επίκουρη Καθηγήτρια Τμήματος Μαθηματικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Πεπερασμένες διαφορές

όπου είναι γνήσια. ρητή συνάρτηση (δηλαδή ο βαθµός του πολυωνύµου υ ( x)

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά

= x. = x1. math60.nb

Κεφ. 4: Ολοκλήρωση. 4.1 Εισαγωγή

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, , 3 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ #4: ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Σ. Μισδανίτης. με το πολυώνυμο παρεμβολής Lagrange 2 ης τάξης

Αριθμητικές Μέθοδοι για την επίλυση ΠΑΤ Δ.Ε.

QR είναι ˆx τότε x ˆx. 10 ρ. Ποιά είναι η τιµή του ρ και γιατί (σύντοµη εξήγηση). P = [X. 0, X,..., X. (n 1), X. n] a(n + 1 : 1 : 1)

Κεφάλαιο 8. Αριθμητικός υπολογισμός ορισμένου ολοκληρώματος

MATLAB. Εισαγωγή στο SIMULINK. Μονάδα Αυτόματης Ρύθμισης και Πληροφορικής

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΘΗΡΕΥΤΗ-ΘΗΡΑΜΑΤΟΣ ΚΑΤΑ VOLTERRA

1 Αριθμητική κινητής υποδιαστολής και σφάλματα στρογγύλευσης

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Μαθηματικά Και Στατιστική Στη Βιολογία

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 14 ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #1: ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΑΡΧΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ

ΜΑΣ 203: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις, Εαρινό Εξάμηνο 2017 ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ιδάσκοντες :Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής,Τµήµα Β (Περιττοί) : Αριθµητική Επίκ. Καθηγητής νάλυση Φ.Τζαφέρης (ΕΚΠΑ) 27 Μαΐου / 20

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Δυναμική Μηχανών I. Συνάρτηση και Μητρώο Μεταφοράς

Βιομαθηματικά BIO-156. Ολοκλήρωση. Ντίνα Λύκα. Εαρινό Εξάμηνο, 2017

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΝΟΛΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΙΙ Εξετάσεις Ιουνίου 2002

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

(ii) x[y (x)] 4 + 2y(x) = 2x. (vi) y (x) = x 2 sin x

ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Εργασία

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Βιομαθηματικά BIO-156

1.1. Με τι ασχολείται η Αριθμητική Ανάλυση

6. Αριθμητική Ολοκλήρωση

Transcript:

569: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Επανάληψη ttp://ecourses.cemeng.ntua.gr/courses/computational_metods_or_engineers/

Σφάλμα αριθμητικών μεθόδων Αναπαράσταση αριθμών σε υπολογιστή αναπαράσταση κινητής υποδιαστολής loating point representation πεπερασμένη ακρίβεια mantissa 5-5 bits ελάχιστος αριθμός που μπορεί να προστεθεί στο eps= -5 =.Ε-6 απόσταση αριθμών ελάχιστος αριθμός που μπορεί να προστεθεί στο >= eps προσεγγιστική ακρίβεια περίπου 6 σημαντικών ψηφίων =; or i=:0000 =+e-7; end ormat long =; =+ 0000 *e-7; ormat long =; or i=:0000 =+e-4; 4; end ormat long =e0; or i=:0000 =+e-8; +e end ormat long Είδη σφαλμάτων απόλυτο σφάλμα - απόλυτο σχετικό σφάλμα σφάλμα στρογγυλοποίησης σφάλμα αποκοπής

Εύρεση ηρίζας μιας συνάρτησης ρη η

Εύρεση ρίζας μιας μη γραμμικής εξίσωσης Μέθοδος Newton - Rapson clear ormat long g=9.8;cd=0.5;t=4;u=6; =@m sqrtg*m/cd*tansqrtg*cd/m*t-u; d=@m, m+-m/; es=e-6; maiter=0; Παράδειγμα Bungee umper gm gc d m tan t u c d m.88547e-0.4547e-04 9.949e-08 o=40; old=o; iter=0; wile iter=iter+; =sqrteps*absold; new = old - old/dold,; ea=absnew-old/new; print'%d %e \n',iter,ea old=new; i ea<es iter>=maiter;break;end end iter ea new iter = ea = 9.94986786e-08 new =.4776084486e+0 >> new ans = -.6807800e-4

Εύρεση ρίζας μιας μη γραμμικής εξίσωσης zero clear ormat long g=9.8;cd=0.5;t=4;u=6; =@m sqrtg*m/cd*tansqrtg*cd/m*t-u; Παράδειγμα Bungee umper gm gc d m tan t u c d m 0=40; =zero,0

Συστήματα Αλγεβρικών γβρ Εξισώσεων

Συστήματα γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων Δίκτυο αντιδραστήρων ος Αντιδραστήρας Q 0 c 0 + Q c = Q 5 c + Q c 0 + c = 5c + 4c -9 c + c = -0 ος Αντιδραστήρας Q c = Q c + Q 4 c + Q 5 c 4c = c + c + c 4c -4c = 0 ος Αντιδραστήρας Q 0 c 0 + Q c = Q c + Q 4 c 50 + c = c + 6c c -9 c = -50 4ος Αντιδραστήρας Q 4 c + Q 4 c + Q 54 c 5 = Q 44 c 4 c + 6c + c 5 = 9c 4 c + 6c -9c 4 + c = 0 5 5ος Αντιδραστήρας Q 5 c + Q 5 c = Q 54 c 5 + Q 55 c 5 5c + c = c 5 + 4c 5 5c + c -6 c 5 = 0 >> A=[-9 0 0 0;4-4 0 0 0;0-9 0 0;0 6-9 ;5 0 0-6] A = -9 0 0 0 4-4 0 0 0 0-9 0 0 0 6-9 5 0 0-6 >> b=[-0;0;-50;0;0] b = -0 0-50 0 0 >> c=a\b Απαλοιφή Gauss c = 8.4000 8.4000 45.000 9.6000 8.4000 >> r=b-a* >> normr -9 0 0 0 c -0 4-4 0 0 0 c 0 0-9 0 0 c = -50 0 6-9 c4 0 5 0 0-6 c 5 0

Συστήματα μη-γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων Σύστημα χημικών αντιδράσεων unction [, J]=myunction = @,5++/50-*-^/0--4E-4; = @,5++/50-*-/0--.7E-; _eval =, ; _eval =, ; Jacobian _ = sqrteps*abs; _ = sqrteps*abs; _pert = +_, ; _pert =, +_ ; _pert = +_, ; _pert =, +_ ; d_d = _pert - _eval / _; d_d = _pert - _eval / _; d_d = _pert - _eval / _; d_d = _pert - _eval / _; Προσέγγιση orward J = [ d_d d_d;... d_d d_d ]; = [ _eval;_eval ]; Επίλυση με Newton - Rapson

Συστήματα μη-γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων Πρακτικό: Σύστημα χημικών αντιδράσεων Newton Rapson για συστήματα es = e-6; maiter = 00; u old = [;] %initial guess J = [ d_d d_d;... d_d d_d ]; iter = 0 = [ _eval;_eval ]; wile iter =iter + [,J] = myunctionuold du=j\ u new = u old du ea=normdu./unew; %normdu./unew,in ma norm u old = u new i ea<=es iter>=maiter;break;end end

Συστήματα μη-γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων Σύστημα χημικών αντιδράσεων solve = @[5++/50-*-^/0--4E-4 5++/50-*-/0--.7E-] ; =solve,[,] r= normr

Αριθμητική Παραγώγιση Συναρτήσεων

Αριθμητική παραγώγιση συναρτήσεων Πεπερασμένες διαφορές για τον υπολογισμό παραγώγων Διαμερισμός: ισαπέχοντα σημεία ; - - = ; + - = + - Σειρές Taylor: +...! '''! '' '...! '''! '' ' Αποκοπή όρων: ' O

4 Επίλυση ως προς την παράγωγο: O eps opt O ' ' O Forward Finite Dierence O ' O ' O Backward Finite Dierence 5 Συνδυασμός σειρών Taylor για μεγαλύτερη ακρίβεια:...! '''! '' '...! '''! '' ' -!! Κ ή έ δ φ ά...! ''' 0 ' eps opt ' O Κεντρική πεπερασμένη διαφορά Central F.D.

6 Συνδυασμός σειρών Taylor για μεγαλύτερη παράγωγο:...! '''! '' '...! '''! '' ' +!!...!! '' 4 0 0 4 4 '' O Κεντρική πεπερασμένη διαφορά για την η παράγωγο

Βρείτε την παράγωγο της = -+4 στο 0 = =@ ^-*+4; 0=; =sqrteps *abs0; FFD=0+-0/ / BFD=0-0-/ = eps^/ *abs0; CFD=0+-0-/* /*

Αριθμητική Ολοκλήρωση συναρτήσεων

Αριθμητική Ολοκλήρωση συναρτήσεων b a d I Newton Cotes για n= [κανόνας τραπεζίου] 0 a b I Newton Cotes για n= [κανόνας Simpson /] 0 4 a b I Newton Cotes για n= [κανόνας Simpson /8] a b I 0 8 8 8 8 a b I

Σύνθετος κανόνας τραπεζίου Διαμερισμός σε Ν τμήματα. =b-a/ν; 0 =a, = 0 + Εφαρμογή κανόνα τραπεζίου σε κάθε ένα από τα Ν τμήματα I I I 0... N N b - a '' b - a '' R a b N N 0 Σύνθετος κανόνας Simpson / Διαμερισμός σε ΝτμήματαΝζυγός. =b-a/ν; 0 =a, = 0 + Εφαρμογή κανόνα Simpson σε Ν/ τμήματα I 4 4... 4 0 N N R 90 5 4 80 b a 4 N 5 4

Ολοκλήρωση Gauss Tα n+ σημεία i βρίσκονται από ρίζες ορθογώνιων πολυωνύμων π.χ. πολυώνυμα Legendre. Gauss-Legendre Για ολοκλήρωση συνάρτησης από - στο + τα i βρίσκονται από ρίζες του n+ πολυωνύμου Legendre. d w i i n i0 Για άλλα όρια χρειαζόμαστε ή ρίζες άλλων ορθογώνιων πολυωνύμων ή μετατροπή: b a d ' ' d' n i0 w ' i i b a b a '

Σύγκριση Newton-Cotes και Gauss-Legendre Newton-Cotes Gauss-Legendre Σημεία n+ n+ Σφάλμα R n ~ n+ ξ n+, n=,,5, R n ~ n+ ξ n+, n=,4,6, R n ~ n+ ξ n+ Algebraic* precision n, n=,,5, 5 n+, n=,4,6, n+ * μέγιστος βαθμός πολυωνύμου που το ολοκλήρωμα υπολογίζεται ακριβώς

Αριθμητική Ολοκλήρωση Πρακτικό: Υπολογισμός έργου δύναμης Μέθοδος Τραπεζίου a=; b=; I=b-a*y+y/; MATLAB unction trapz,y I o + b-a b - a/n 0... N N

παράδειγμα: Υπολογίστε το ολοκλήρωμα με την μέθοδο Simpson / και Gauss Legendre για n= 4 d Αναλυτική λύση: 4 d 5 5 5 Simpson /: 0=- 0= =0 = = = I Gauss =5/9 5/9+ +8/9 +5/9 5/9+ ]= /5 ο κανόνας Gauss-Legendre n= υπολογίζει το ολοκλήρωμα πολυωνύμου έως 5 ου βαθμού ακριβώς. ο Simpson / έως ου.

Επίλυση διαφορικών εξισώσεων Πρόβλημα Αρχικών Τιμών

Επίλυση διαφορικών εξισώσεων Α. Επίλυση μίας συνήθους ης τάξης Δ.Ε.Πρόβλημα Αρχικών Τιμών yt 0 =y 0 Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών. Διαμέριση ανεξάρτητης μεταβλητής Δt =? Δt t = Δt 0 t t t t. Επιλογή σχήματος πεπερασμένων διαφορών y y tt Forward Euler t y y Backward Euler tt

. Αντικατάσταση στη Δ.Ε. Forward Euler y y =t,y ==> t y y t t, y =0,,,,n y Backward Euler Δt t0 t t t y y =t,y ==> y y t t, y =,,,n t ή y y y Δt t, y =0,,,. t0 Δt t t

III. Runge - Kutta y + =y +[a κ +α κ + +α n κ n ] 4 t order RK: Steven C. Capra, Raymond P. Canale, "Numerical Metods or Engineers 6 edition"

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Πρόβλημα αρχικών τιμών Bungee umper clear g=9.8;cd=0.5;m=68.; dt=; t=0; u = 0; i=; wile iti>=tend;break;end ti+=ti+dt; ui+=ui+g-cd/m*ui^*dt; du dt g c d u m g=9.8 c d =0.5 m=68. Αρχικές συνθήκες: u=0 για t=0 Διάστημα χρονικής ολοκλήρωσης: t=0 ως 0 Βήμα: = Άμεση eplicit/orward Euler dui cd ui ui ui ui g ui dt m i=i+; end plott,u

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Πρόβλημα αρχικών τιμών Bungee umper clear g=9.8;cd=0.5;m=68.; dt=; t=0; u = 0; i=; wile iti>=tend;break;end ti+=ti+dt; i=i+; end plott,u =@ui+g-cd/m*^*dt-; ui+=zero,ui; du dt g c d u m g=9.8 c d =0.5 m=68. Αρχικές συνθήκες: u=0 για t=0 Διάστημα χρονικής ολοκλήρωσης: t=0 ως 0 Βήμα: = Έμμεση implicit/backward Euler dui cd ui ui ui u i g ui dt m

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Πρόβλημα αρχικών τιμών Πρακτικό: Το σύστημα θηρευτής θήραμα predator-prey α=. b=0.6 c=0.8 d=0. d a by dt dy cy dy dt Αρχικές συνθήκες: =, y= για t=0 Διάστημα χρονικής ολοκλήρωσης: t=0 ως 40 Βήμα: =0.065 unction =ppt, a=.; b=0.6; c=0.8; d=0.; =a*-b**; =-c*+d**; =[;]; ] Διάστημα χρονικής ολοκλήρωσης: t=0 ως 40 Αρχικές συνθήκες: =, y= >> [t y]=ode45@pp,[0::40],[ ]; >> [t y]=euler@pp,[0 40],[ ], dt; >> [t y]=rk4@pp,[0 40],[ ], dt;

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Πρόβλημα αρχικών τιμών Πρακτικό: Το σύστημα θηρευτής θήραμα predator-prey Άμεση eplicit/orward Euler a=.;b=0.6;c=0.8;d=0.; =@t,,y ya*b**y; a*-b**y; =@t,,y -c*y+d**y; t=0; =; y=; dt=0.065; 065; tend=40; i=; wile l i ti>=tend break;end; ti+=ti+dt; i+=i+ti,i,yi*dt; t,,y yi+=yi+ti,i,yi*dt; i=i+; end old on plott,, 'r' plott,y,'b' igure plot,y

Runge-Kutta 4 ης τάξης a=.;b=0.6;c=0.8;d=0.; =@t,,y a*-b**y; =@t,,y -c*y+d**y; t=0; =; y=; dt=0.065; tend=40; i=; wile i ti>=tend break;end; ti+=ti+dt; ti+dt; k=ti,i,yi ; ky=ti,i,yi ; k=ti+/*dt,i+/*k*dt *d,yi+/*ky*dt *d ; ky=ti+/*dt,i+/*k*dt,yi+/*ky*dt ; k=ti+/*dt,i+/*k*dt,yi+/*ky*dt ; ky=ti+/*dt,i+/*k*dt,y,yi+/*ky*dt y ; k4=ti+ dt,i+ k*dt,yi+ ky*dt ; k4y=ti+ dt,i+ k*dt,yi+ ky*dt ; i+=i+/6*k + *k + *k +k4*dt; yi+=yi+/6*ky + *ky + *ky + k4y*dt; i=i+; end old on plott,,'r' plott,y,'b' igure plot,y

Σύστημα Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων ης τάξης Π.Α.Τ. y 0 = y 0 = 0 έχει ακριβή λύση :y = e -t -e -000t, y = - e -t + e -000t και άρα τείνει σε μεγάλους χρόνους στην μόνιμη κατάσταση y =0, y =0 λόγω των αρνητικών εκθετών e -t και e -000t. Οι εκθέτες προέρχονται από τις ιδιοτιμές του πίνακα των συντελεστών λ =-, λ =-000 A 998-999 998 999 eiga Ευστάθεια Μόνιμης Κατάστασης λ και λ <0 Αριθμητική Ευστάθεια Forward Euler d Κατά αντιστοιχία με τη συνθήκη 0 σε μία Δ.Ε. dy y y ss Κατά αντιστοιχία με τη συνθήκη σε μία Δ.Ε Στο άνω παράδειγμα Δt για orward Εuler </000 άρα μεγαλύτερο υπολογιστικό κόστος λ << λ δηλώνει άκαμπτο σύστημα

Ανάλυση μη Γραμμικών Συστημάτων y 0 = y,0 y 0 = y,0 Εύρεση Μόνιμων Καταστάσεων y,y =0 και y,y =0 ==> y,ss, y,ss i Τοπική Ευστάθεια Μόνιμων Καταστάσεων J Σχηματισμός Ιακωβιανού πίνακα J Υπολογισμός Ιακωβιανού πίνακα Jσε κάθε Μ.Κ. y,ss y,ss Εύρεση Ιδιοτιμών του J λ λ, λ και λ <0 τότε y,ss y,ss ευσταθής Μ.Κ., y y y y y, ss, y,ss

Τοπική ευστάθεια μόνιμων καταστάσεων σε γραμμικά και μη-γραμμικά συστήματα Ιδιοτιμές Μόνιμη Κατάσταση λ, λ πραγματικοί Ευσταθές σημείο λ <0 και λ <0 stable node λ, λ πραγματικοί λ >0 και λ >0 Ασταθές σημείο unstable node λ, λ πραγματικοί λ <0 και λ >0 λ, λ μιγαδικοί μγ Reλ <0, Reλ <0 λ, λ μιγαδικοί Reλ >0, Reλ >0 Ασταθής σέλλα Saddle node Ευσταθές επίκεντρο Stable Spiral Ασταθές επίκεντρο Unstable Spiral γραμμικά συστήματα: λ, λ ιδιοτιμές του πίνακα Α των συντελεστών μη-γραμμικά συστήματα: λ, λ ιδιοτιμές του Ιακωβιανού πίνακα J

παράδειγμα: Εύρεση Μόνιμων Καταστάσεων y,y =0 και y,y =0 ==> Μ.Κ. : y =-, y =- και Μ.Κ.: y =, y = Σχηματισμός Ιακωβιανού πίνακα J J y y y y 0 y Υπολογισμός Ιακωβιανού πίνακα Jσε κάθε Μ.Κ. y,ss y,ss - Εύρεση Ιδιοτιμών του J λ λ, Μ.Κ. : y =-, y =- J -,- 0 λ =- και λ =- Μ.Κ. είναι ευσταθές σημείο Μ.Κ. : y =, y = J, 0 λ =- και λ = Μ.Κ. είναι ασταθής σέλλα

Επίλυση διαφορικών εξισώσεων Πρόβλημα Οριακών Τιμών

Επίλυση μίας συνήθους ης τάξης Δ.Ε. Πρόβλημα Συνοριακών Τιμών Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών. Διαμέριση ανεξάρτητης μεταβλητής Δ =L0/n L-0/n- 0 Diriclet y0=a yl=b Δ Δ ή Neumann y 0=a yl=b n L. Επιλογή σχήματος πεπερασμένων διαφορών. Αντικατάσταση στη Δ.Ε. y y y = y y y y y y =,y =,,n- n- εξισώσεις, n αγνώστους

4. Οριακές συνθήκες y =y =a y n =y n =b y 0 y 5. Επίλυση συστήματος αλγεβρικών εξισώσεων y n =b a y 0 =y -a Δ y =a y y y =,y y n =b y n =b y y y0 y y y =,y =,y Diriclet Neumann

Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών Πρακτικό: Κατανομή θερμοκρασίας σε ράβδο κατασκευή του συστήματος εξισώσεων γραμμή γραμμή >> clear >> =0.05;Tin=00;delta=; >> ala=+*delta^ ala =.000 >> bita=*tin*delta^ bita = 40 >> A=[ 0 0 0 0 0;... - ala - 0 0 0;... 0 - ala - 0 0;... 0 0 - ala - 0;... 0 0 0 - ala -;... 0 0 0 0 0 ]; >> b=[00;bita;bita;bita;bita;400]; >> =A\b = T T T =00 T T n =400 T T in T0=00 TL=400 T 0 T T T Diriclet boundary conditions or T and Tn in 00.00000000 8.660 8.85 99.746 6.46 400.0000 Diriclet boundary conditions or T and Tn

>> edit myscript.m clear =0.05; Tin=00; To=00; Tend=400; rod_len=0; Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών Πρακτικό: Κατανομή θερμοκρασίας σε ράβδο κατασκευή του συστήματος εξισώσεων με script n=6; delta=rod_len/n-; ala=+*delta^; ; bita=*tin*delta^; or i=:n- %Compute te coeicient matri ai,i-=-;, ai,i=alpa; ai,i+=-; %Compute te rigt and side bi=bita; % rigt and side assembly end %Impose boundary conditions % Diriclet boundary conditions or T and Tn A,:=0;A,=; An,:=0;An,n=; n=; [T 0 =T -a Δ] ] b=to; bn=tend; % Neumann boundary condition dt/d=0=deriv %A,:=0;A,=ala;A,=-; %dtd=0; %b=bita-*delta*deriv; T T T T T 0 in T T T T n =400 in Tcalc=A\b