Metode Runge-Kutta. 18 ianuarie Probleme scalare, pas constant. Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy

Σχετικά έγγραφα
Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Laborator 6. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

Integrala nedefinită (primitive)

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Sisteme liniare - metode directe

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Proiectarea filtrelor prin metoda pierderilor de inserţie

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.


Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Curs 4 Serii de numere reale

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Subiecte Clasa a VII-a

Erori si incertitudini de măsurare. Modele matematice Instrument: proiectare, fabricaţie, Interacţiune măsurand instrument:

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Noţiuni introductive

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Rezolvarea ecuaţiilor şi sistemelor de ecuaţii diferenţiale ordinare. Cuprins. Prof.dr.ing. Gabriela Ciuprina

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

Curs 9: METODE NUMERICE UTILIZATE ÎN SIMULAREA SISTEMELOR DINAMICE

Laborator 1: INTRODUCERE ÎN ALGORITMI. Întocmit de: Claudia Pârloagă. Îndrumător: Asist. Drd. Gabriel Danciu

Teme de implementare in Matlab pentru Laboratorul de Metode Numerice

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

Ecuatii trigonometrice

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 4. Măsurarea parametrilor mărimilor electrice

Curs 1 Şiruri de numere reale

Fie I R un interval deschis, G R n, n 1, un domeniu şi f : I G R n. Forma generala a unei ecuaţii diferenţiale de ordinul întâi este: = f(x, y).

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

1Ecuaţii diferenţiale

METODE NUMERICE: Laborator #5 Metode iterative pentru rezolvarea sistemelor: Jacobi, Gauss-Siedel, Suprarelaxare

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

MARCAREA REZISTOARELOR

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Capitolul ASAMBLAREA LAGĂRELOR LECŢIA 25

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Subiecte Clasa a VIII-a

I. Noţiuni introductive

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Interpolarea funcţiilor.

Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale

2. Circuite logice 2.4. Decodoare. Multiplexoare. Copyright Paul GASNER

( ) () t = intrarea, uout. Seminar 5: Sisteme Analogice Liniare şi Invariante (SALI)

CURS 11. Rădăcină unei ecuatii: Cum se defineste o rădăcină aproximativă?

Cursul 7. Spaţii euclidiene. Produs scalar. Procedeul de ortogonalizare Gram-Schmidt. Baze ortonormate

SEMINAR TRANSFORMAREA LAPLACE. 1. Probleme. ω2 s s 2, Re s > 0; (4) sin ωt σ(t) ω. (s λ) 2, Re s > Re λ. (6)

Ecuatii exponentiale. Ecuatia ce contine variabila necunoscuta la exponentul puterii se numeste ecuatie exponentiala. a x = b, (1)

IV. CUADRIPOLI SI FILTRE ELECTRICE CAP. 13. CUADRIPOLI ELECTRICI

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.3.ALCHINE

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

Asupra unei metode pentru calculul unor integrale definite din functii trigonometrice

5.1. Noţiuni introductive

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Examen AG. Student:... Grupa: ianuarie 2016

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

4. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici. Voltmetre electronice analogice

z a + c 0 + c 1 (z a)

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Concurs MATE-INFO UBB, 25 martie 2018 Proba scrisă la MATEMATICĂ

riptografie şi Securitate

Valori limită privind SO2, NOx şi emisiile de praf rezultate din operarea LPC în funcţie de diferite tipuri de combustibili

Lucrarea de laborator nr. 14

Proiectarea filtrelor FIR prin metoda ferestrei

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

CURS METODA OPERAŢIONALĂ DE INTEGRARE A ECUAŢIILOR CU DERIVATE PARŢIALE DE ORDIN II

INTERPOLARE. y i L i (x). L(x) = i=0

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.5.ARENE

Transformata Laplace

Curs 2 Şiruri de numere reale

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.4.ALCADIENE

Matrice. Determinanti. Sisteme liniare

SEMINAR TRANSFORMAREA FOURIER. 1. Probleme


Sisteme de ecuaţii diferenţiale

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

Circuite cu diode în conducţie permanentă

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

Transcript:

Metode Runge-Kutta Radu T. Trîmbiţaş 8 ianuarie 7 Probleme scalare, pas constant Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy y (t) = f(t, y), a t b, y(a) = α. pe o grilă uniformă de (N + )-puncte din [a, b]. Dându-se un punct generic x [a, b], y R d, definim un pas al metodei cu un pas prin y next = y + hφ(x, y; h), h >. () La metodele Runge-Kutta se caută Φ de forma: Φ(x, y; h) = r α s K s s= K (x, y) = f(x, ( y) ) s K s (x, y) = f x + µ s h, y + h λ sj K j, s =, 3,..., r j= Este natural să impunem în () condiţiile () s µ s = λ sj, s =, 3,..., r, j= r α s =, (3) s= unde primul set de condiţii este echivalent cu K s (x, y; h) = u (x + µ s h) + O(h ), s,

iar a doua este condiţia de consistenţă (adică Φ(x, y; h) = f(x, y)). Formula Runge-Kutta clasică de ordin p = 4 este: Φ(x, y; h) = (K + K + K 3 + K 4 ) K (x, y; h) = f(x, y) K (x, y; h) = f ( x + h, y + hk ) K 3 (x, y; h) = f ( x + h, y + hk ) K 4 (x, y; h) = f(x + h, y + hk 3 ) (4) Metoda Runge-Kutta clasică de ordinul 4 pentru o grilă de N + puncte echidistante este dată de algoritmul. Algorithm Metoda Runge-Kutta de ordinul 4 Intrare: Funcţia f, capetele a, b ale intervalului; întregul N; valoarea iniţială α. Ieşire: N + abscise t şi aproximantele w ale lui valorilor lui y în t. h := (b a)/n; t := a; w := α; for i := to N do K := hf(t i, w i ); K := hf(t i + h/, w i + K /); K 3 := hf(t i + h/, w i + K /); K 4 := hf(t i + h, w i + K 3 ); w i+ := w i + (K + K + K 3 + K 4 ); t i+ := t i + h; end for Exemplu. Utilizând metoda Runge-Kutta de ordinul 4 pentru a aproxima soluţia problemei Cauchy y = y + t +, t [, ] y() =, cu h =., N = şi t i =.i se obţin rezultatele din tabelul de mai jos

t i Aproximante Valori exacte Eroarea...48375.4837484 8.94e-8..87394.8737538.4838e-7.3.4884.4888.39e-7.4.73889.7344.488e-7.5.539344.53597.747e-7..48893438.48839.988e-7.7.958587.95853379 3.488e-7.8.49398973.493894 3.57e-7.9.35999.3595974 3.3459e-7..378797744.37879447 3.334e-7 Se obişnuieşte să se asocieze unei metode Runge-Kutta cu r stadii () tabloul µ λ λ... λ r µ λ λ... λ r....... (în formă matricială µ ΛαT ) µ r λ r λ r... λ rr α α... α r numit tabelă Butcher. Pentru metoda Runge-Kutta clasică de ordinul patru (4) tabela Butcher este:. Probleme. Implementaţi metoda Runge-Kutta de ordinul 4. 3

. Testaţi rutina dumneavoastră pe exemple ale căror soluţii pot fi exprimate prin cuadraturi şi reprezentaţi pe acelaşi grafic soluţia exactă. 3. Implementaţi următoarele metode: Euler, Euler modificată, Heun.. Probleme practice Rezolvaţi problemele următoare. Comparaţi soluţia aproximativă cu cea exactă:. y = x y, x [, 4], y() =.. Soluţia exactă y(x) = x x + e x. y = y + x ; y() = π 4. 3. y = + x y ; y() =. Soluţia exactă: y = x + x. 4. y = y, x [, 5] y() =. Soluţia exactă: y(x) = /( + x). 4

5. y = y + cos x, x [, π] y() =. Soluţia exactă: y(x) = cos x + sin x. Sisteme de ecuaţii diferenţiale ordinare şi ecuaţii de ordin superior Rezolvaţi următoarele EDO şi sisteme de EDO. Comparaţi soluţia exactă şi cea aproximativă. Găsiţi soluţiile şi cu rezolvitori MATLAB... 3. u = 3u + u, t [, ], u () = u = 4u + u, t [, ], u () =. h =., soluţia exactă u (t) = 3 (e5t e t ), u (t) = 3 (e5t + e t ). h =., soluţia exactă h =., soluţia exactă u = 4u u + cos t + 4 sin t, u () =, u = 3u + u 3 sin t, u () =, t [, ] u (t) = e t e t + sin t, u (t) = 3e t + e t. u = u, u () = 3, u = u + e t +, u () =, u 3 = u + e t +, u 3 () =, t [, ]. u (t) = cos t + sin t +, u (t) = sin t + cos t e t, u 3 (t) = sin t + cos t. 5

4. t y ty + y = t 3 ln t, t [, ] y() =, y () =, h =.5, soluţia exactă y(t) = 7 4 t + t3 ln t 3 4 t3. 5. h =.5; soluţia exactă y = y 4, t [,.9] 3 Controlul pasului y() =, y () =, y () =, y(t) = t. Pentru o descriere sintetică a metodelor Runge-Kutta cu pas variabil tabela Butcher se completează cu o linie suplimentară care serveşte la calculul lui Φ (şi deci a lui r(x, y; h)): µ λ λ... λ r µ λ λ... λ r....... µ r λ r λ r... λ rr α α... α r α α αr αr+ Ca exemplu, tabela este tabela Butcher pentru metoda Bogacki-Shampine. Ea stă la baza rezolvitorului ode3 din Matlab. Un alt exemplu important este DORPRI5 sau RK5(4)7FM, o pereche cu ordinele 4-5 şi cu 7 stadii (tabela ). Aceasta este o pereche foarte eficientă, ea stând la baza rezolvitorului ode45 din Matlab, dar şi a altor rezolvitori importanţi. Algoritmul încearcă să dea sugestii pentru implementarea unei metode Runge-Kutta cu pas variabil când se cunoaşte tabela Butcher. ttol este produsul dintre tol şi factorul de siguranţă (.8 sau.9).

µ j λ ij 3 3 4 4 3 4 9 9 9 3 4 α i 9 9 9 α i 7 4 Tabela : Tabela Butcher pentru metoda Bogacki-Shampine 4 3 8 µ j λ ij 5 5 4 44 5 3 5 45 5 9 8 937 53 4448 9 5 87 5 79 97 355 473 49 53 38 33 547 7 85 35 5 5 87 384 3 9 784 84 35 5 5 α i 87 384 3 9 784 84 α 579 757 393 i 997 87 57 95 4 339 4 3 3 9 4 4 Tabela : Perechea inclusă RK5(4)7FM (DORPRI5) 7

Algorithm Fragment de pseudocod ce ilustrează implementarea unei metode RK cu pas variabil done := false; loop K :, := f(x, y); for i = to s do w := y + hk :,:i λ T i,:i ; K :,i := f(x + µ i h, w); end for δ := h max ( K(α α) T ) ; {estimarea erorii} β := (δ/ttol) /(+p) ; {raport lung. pas} if δ < tol then {acceptare pas} y := y + h(kα T ); {actualizare y} x := x + h; if done then EXIT {terminare şi ieşire} end if h := h/ max(β,.); {predicţie pas următor} if x + h > x end then h := x end x; {reducere pas la capăt} done := true; end if else {respingere pas} h := h/ min(β, ); {reducere pas} if done then done := false; end if end if end loop 8

3. Probleme. Implementaţi un mecanism de control al pasului pentru una din metodele descrise de tabelele Butcher precedente.. Testaţi rutina precedentă pentru o EDO scalară, un sistem şi o EDO de ordin superior. 9