Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Σχετικά έγγραφα
Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

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

f στον κόμβο i ενός πλέγματος ( i = 1, 2,,N

Κεφ. 7: Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

Επίλυση παραβολικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

Κεφ. 6: Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές προβλήματα οριακών τιμών

Κεφάλαιο 7. Επίλυση υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

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

Αριθμητική παραγώγιση εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών

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

f x και τέσσερα ζευγάρια σημείων

w 1, z = 2 και r = 1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 2: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #3: ΠΑΡΑΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ. Βαλουγεώργης Απαντήσεις: ΠΡΟΟΔΟΣ 1, Επιμέλεια λύσεων: Γιώργος Τάτσιος

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ

Κεφ. 3: Παρεμβολή. 3.1 Εισαγωγή. 3.2 Πολυωνυμική παρεμβολή Παρεμβολή Lagrange Παρεμβολή Newton. 3.3 Παρεμβολή με κυβικές splines

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

Εφαρµόζοντας τη µέθοδο αριθµητικής ολοκλήρωσης Euler και Runge-Kutta 2 ης, συστηµατική σύγκριση των πέντε µεθόδων. Η επιλογή των σταθερών

Κεφάλαιο 1: Προβλήµατα τύπου Sturm-Liouville

Παράδειγμα #9 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΔΥΟ ΟΡΙΑΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΕΣ ΣΔΕ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ν. Βασιλειάδης

Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές

Υπολογιστικές Μέθοδοι

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ

την κεντρώα έκφραση πεπερασμένων διαφορών 2 ης τάξης και για τη παράγωγο f την ανάδρομη έκφραση πεπερασμένων διαφορών 2 ης τάξης xxx

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Ι. Λυχναρόπουλος

Κεφ. 3: Παρεμβολή. 3.1 Εισαγωγή. 3.2 Πολυωνυμική παρεμβολή Παρεμβολή Lagrange Παρεμβολή Newton. 3.3 Παρεμβολή με κυβικές splines

Διαφορικές Εξισώσεις.

KΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

η απόσταση d γίνεται ελάχιστη. Τα αντίστοιχα σημεία των καμπυλών είναι: P, P, , P, P, ( 2) ,

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Αριθμητική Ανάλυση & Εφαρμογές

10. Εισαγωγή στις Μεθόδους Πεπερασμένων Στοιχείων (ΜΠΣ)

Άσκηση 1 Έχουµε να επιλύσουµε την εξίσωση κύµατος 1 ης τάξης (υπερβολική εξίσωση) (1)

x από το κεντρικό σημείο i: Ξεκινάμε από το ανάπτυγμα Taylor στην x κατεύθυνση για απόσταση i j. Υπολογίζουμε το άθροισμα:

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

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #5: ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Κεφ. 3: Παρεμβολή. 3.1 Εισαγωγή. 3.2 Πολυωνυμική παρεμβολή Παρεμβολή Lagrange Παρεμβολή Newton. 3.3 Παρεμβολή με κυβικές splines

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2008 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

z είναι οι τρεις ανεξάρτητες

Εισαγωγή. Κεφάλαιο Διαφορικές εξισώσεις

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 1ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανύσματα, Ευθείες Επίπεδα, Επιφάνειες 2ου βαθμού Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Αριθμητική Ολοκλήρωση της Εξίσωσης Κίνησης

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στη µέθοδο πεπερασµένων όγκων επίλυση ελλειπτικών και παραβολικών διαφορικών εξισώσεων

~ 1 ~ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2014 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

κι επιβάλλοντας τις συνοριακές συνθήκες παίρνουμε ότι θα πρέπει

Κεφάλαιο 1. Αριθµητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστηµάτων

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

website:

Φόρτος εργασίας. 4 ( ώρες): Επίπ εδο μαθήματος: Ώρες διδασκαλίας: 7 διδασκαλίας εβδομαδιαίως:

Πρόλογος Εισαγωγή στη δεύτερη έκδοση Εισαγωγή... 11

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Πεπερασμένες διαφορές για την ελλειπτική εξίσωση στις δύο διαστάσεις

(β) Από την έκφραση (22) και την απαίτηση (20) βλέπουμε ότι η συνάρτηση Green υπάρχει αρκεί η ομογενής εξίσωση. ( L z) ( x) 0

Σχόλιο. Κατασκευή των τροχιών της δισδιάστατης γραμμικής δυναμικής.

Επίλυση Συστήματος Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων

ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ 6

Αριθμητική ολοκλήρωση συνήθων διαφορικών εξισώσεων και συστημάτων

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 19/10/2017. Ακριβείς Διαφορικές Εξισώσεις-Ολοκληρωτικοί Παράγοντες. Η πρώτης τάξης διαφορική εξίσωση

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΣΤΗ ΝΑΥΠΗΓΙΚΗ ΚΑΙ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Κεφάλαιο 5 ΔΙΔΙΑΣΤΑΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενα αυτόνομο δυναμικό σύστημα δύο διαστάσεων περιγράφεται από τις εξισώσεις

Βιομαθηματικά BIO-156. Συνεχή στο χρόνο δυναμικά συστήματα. Ντίνα Λύκα. Εαρινό Εξάμηνο, 2017

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Παράδειγμα #1 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΙΝΗΤΗΣ ΥΠΟΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ι. Λυχναρόπουλος

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #4 ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ.

Στο κεφάλαιο που ακολουθεί θα ασχοληθούμε με την ( μη ομογενή ) εξίσωση Helmholtz σε D χωρικές διαστάσεις :

Μιχάλης Παπαδημητράκης. Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

Τα στάδια της υπολογιστικής προσομοίωσης επεξήγονται αναλυτικά παρακάτω

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στην Ανάλυση Fourier.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 3: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων (συνέχεια)

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

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

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Κεφάλαιο 0: Εισαγωγή

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Διαφορικές Εξισώσεις.

Κεφάλαιο 4. Επίλυση ελλειπτικών διαφορικών εξισώσεων µε πεπερασµένες διαφορές

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 09/11/2017. Άσκηση 1. Να βρεθεί η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης. dy dx = 2y + x 2 y 2 2x

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

1 Επίλυση Συνήθων ιαφορικών Εξισώσεων

I.3 ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ

Κεφ. 5: Ολοκλήρωση. 5.1 Εισαγωγή

Εφαρμογές της κβαντομηχανικής. Εφαρμογές της κβαντομηχανικής

Στο κεφάλαιο που ακολουθεί θα ασχοληθούμε με την (μη ομογενή) κυματική εξίσωση σε D χωρικές και 1 χρονική διάσταση :

Q 12. c 3 Q 23. h 12 + h 23 + h 31 = 0 (6)

1. ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΡΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ

Πίνακας Περιεχομένων 7

Ασκήσεις Φροντιστηρίου «Υπολογιστική Νοημοσύνη Ι» 5 o Φροντιστήριο

Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος. Η μόνιμη θερμοκρασιακή κατανομή σε δύο διαστάσεις περιγράφεται από την εξίσωση: και

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #3: ΕΛΛΕΙΠΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ.

(συνθήκη συμμετρίας) (4) Το παραπάνω πρόβλημα μπορεί να περιγράψει τη μεταβατική πλήρως ανεπτυγμένη ροή σε κυλινδρικό αγωγό.

Transcript:

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, 9-, 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑ #: ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΔΥΟ ΟΡΙΑΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΡΙΚΩΝ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ:..9 ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ. Βαλουγεώργης Επιμέλεια απαντήσεων: Ιωάννης Λυχναρόπουλος ΑΣΚΗΣΗ : Βλέπε Εργασία του 5 (Ομάδα Α, Άσκηση ) ΑΣΚΗΣΗ Παρουσιάστε την μαθηματική διατύπωση ενός προβλήματος ιδιοτιμών. Στη συνέχεια προτείνετε ένα αριθμητικό σχήμα επίλυσης και εφαρμόστε το προτεινόμενο σχήμα σε πολύ απλό πλέγμα και σε πυκνό πλέγμα. Συγκρίνετε τα αποτελέσματα με τα αντίστοιχα αναλυτικά. Τέλος, περιγράψτε τη φυσική σημασία του προβλήματος. Βοήθημα: Αντίστοιχη άσκηση επιλύεται στις Απαντήσεις της Εργασίας του 8 (Άσκηση 3). Σημείωση: Τα πρόβλημα ιδιοτιμών που επιλύεται δεν πρέπει να ταυτίζεται με αυτό του βοηθήματος. Επιλύεται το ακόλουθο πρόβλημα ιδιοτιμών: d, k dx (α) d () (β) dx Λύση x Μας ενδιαφέρουν οι διάφορες τιμές του k για τις οποίες η λύση της () δεν είναι εκ ταυτότητος μηδέν. Η γενική λύση της Εξ. (α) έχει τη μορφή: sin cos x kx kx () όπου Α και Β αυθαίρετες σταθερές. Εφαρμόζοντας τις οριακές συνθήκες στην () παίρνουμε: () και '( ) kcos( k ) Επειδή επιθυμούμε η λύση της () να μην είναι εκ ταυτότητος μηδέν, θα πρέπει αναγκαστικά και

cos( k) k ( n ) k n, n,,... Επομένως οι ιδιοτιμές του προβλήματος είναι k ( n ), n,,... (3α) ενώ οι αντίστοιχες ιδιοσυναρτήσεις δίδονται από τις εκφράσεις x sin kx (3β) Οι εξισώσεις (3) αποτελούν την αναλυτική λύση του προβλήματος. Για την αριθμητική επίλυση του προβλήματος εφαρμόζουμε τη μέθοδο d πεπερασμένων διαφορών και προσεγγίζουμε τη δεύτερη παράγωγο με έκφραση dx κεντρώων πεπερασμένων διαφορών: i i i k i h i k i i, i,..., N (4) h h h με h N Οριακές συνθήκες: (5) N N N N, (6) h Η Εξ. (6) έχει προκύψει εφαρμόζοντας σχήμα κεντρώων διαφορών στον κόμβο N για την οριακή συνθήκη '( ), όπου N είναι ένας φανταστικός κόμβος. Ειδικά για τον κόμβο N η εξ. (4) γίνεται N k N N, h h h και λόγω της (6) ξαναγράφεται στη μορφή N k N h h (7) Επιλέγουμε αρχικά ένα αραιό πλέγμα N 3 κόμβων ( i,,3), με h /. Εφαρμόζοντας την (4) για i και την (7) για i N 3 προκύπτει το ακόλουθο σύστημα εξισώσεων με αγνώστους τα, 3: 8 4 k 3 k 3 k 3 h h h h h 8 4 k 3 k 3 h h

Θέτοντας k το σύστημα μπορεί να γραφεί υπό μορφή πινάκων ως εξής: 8 4 8 4 3 Για να έχει το σύστημα μη μηδενική λύση θα πρέπει να ισχύει Det()=. Θέτοντας, 6 3 λοιπόν, Det()= παίρνουμε την εξίσωση 4, την οποία επιλύουμε ως προς παίρνοντας τις αριθμητικές ιδιοτιμές του αρχικού προβλήματος:.374,.38373 Εναλλακτικά, φέρνουμε το σύστημα: στη μορφή: I 8 4 παίρνοντας:. Έτσι ο υπολογισμός των αριθμητικών ιδιοτιμών 8 8.374,.38373 του αρχικού προβλήματος επιτυγχάνεται με τον υπολογισμό των ιδιοτιμών του πίνακα Β. Οι αναλυτικές τιμές των ιδιοτιμών είναι ( ).5 και. ( ).5 Τα σχετικά σφάλματα είναι για την 5.35% και για την 38.5%. Παρατηρούμε ότι για την πρώτη ιδιοτιμή έχουμε ικανοποιητική ακρίβεια, ενώ για την δεύτερη το σφάλμα είναι αρκετά μεγάλο. Συνεχίζουμε με ένα πιο πυκνό πλέγμα N κόμβων με h /. Εφαρμόζοντας την (4) για i,.., έχουμε i k i i Ειδικά για τον κόμβο i η εξ. (4) δίνει: k 3, ενώ για τον κόμβο i η εξ. (7) δίνει: k Δημιουργείται ένα σύστημα εξισώσεων με αγνώστους τα i, i,..., της μορφής, όπου είναι ο ακόλουθος πίνακας (έχουμε θέσει k ): 3

π λ π π π λ π π π λ π π π λ π π π λ π π π λ π π π λ π π π λ π π π λ π π π λ Εναλλακτικά, φέρνουμε το σύστημα: πίνακας είναι ο ακόλουθος: στη μορφή: I π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π π, όπου ο Για τον υπολογισμό των ιδιοτιμών του πίνακα χρησιμοποιούμε το Mathematica. n=; h=π/n t=table[,{n},{n}]; Do[t[[i,i+]]=N[-/h],{i,,n-}] Do[t[[i,i]]=N[/h],{i,n}] Do[t[[i,i-]]=N[-/h],{i,,n-}] t[[n,n-]]=n[-/h] sol=sort[eigenvalues[t]] {.49486,.867,5.9356,.645,7.94,3.4343,9.464,34.593,38.398,4.79} pn_ : N n real Tablepi, i,,n {.5,.5,6.5,.5,.5,3.5,4.5,56.5,7.5,9.5} real sol error real {.5448,.8369,5.3588,9.67783,5.584,.534,3.67,38.59,46.96,55.3695} 4

Επομένως, πινακοποιώντας τα αποτελέσματα έχουμε: Αριθμός Αριθμητική Πραγματική Σχετικό Σφάλμα % Ιδιοτιμής Τιμή Τιμή.49486.5.544.867.5.8369 3 5.9356 6.5 5.3588 4.645.5 9.67783 5 7.94.5 5.584 6 3.4343 3.5.534 7 9.464 4.5 3.67 8 34.593 56.5 38.59 9 38.398 7.5 46.96 4.79 9.5 55.3695 Παρατηρώντας το σφάλμα βλέπουμε ότι η αριθμητική μέθοδος επίλυσης του προβλήματος ιδιοτιμών δίνει ακριβή αποτελέσματα μόνο για τις πρώτες (στη σειρά) ιδιοτιμές. Αυτό οφείλεται στον σχετικά μικρό αριθμό κόμβων. ΑΣΚΗΣΗ 3 Να προσδιορισθεί και να αιτιολογηθεί ο μαθηματικός χαρακτήρας των εξισώσεων του πίνακα (ελλειπτική, παραβολική, υπερβολική εξίσωση). Επίσης, με βάση τη σχετική βιβλιογραφία, αναφέρετε το φυσικό πρόβλημα που περιγράφει η κάθε εξίσωση (αυτό το σκέλος της άσκησης είναι προαιρετικό). Λύση Οι μερικές διαφορικές εξισώσεις ης τάξης με δύο ανεξάρτητες μεταβλητές γράφονται στη μορφή: f f f... xx xy yy Υπολογίζουμε τη διακρίνουσα 4 και αν Δ> η εξίσωση χαρακτηρίζεται ως υπερβολική, αν Δ= η εξίσωση χαρακτηρίζεται ως παραβολική, αν Δ< η εξίσωση χαρακτηρίζεται ως ελλειπτική ) utt c uxx hu c uxx uxy utt hu ( c ) c => υπερβολική a ) utz a Trr Tr at rr T rz T zz Tr utz r r a => παραβολική 3) u u b u u u b Ha Ha y z y y yz z y => ελλειπτική b b u y z y Ha => ελλειπτική 5

4 4) u u f Αν θέσουμε u ( x, y) τότε δημιουργείται το σύστημα: u f Πρόκειται για εξισώσεις Poisson οι οποίες είναι ελλειπτικές: f xx yy f xx xy yy f => ελλειπτική 5) 6) tu xxuxxu xxu xyu ttuxxutu => παραβολική tuuxu xxu xxu xtu ttutuuxu => παραβολική 7) uxx uyy k u uxx uxy uyy k u => ελλειπτική utt hut c uxx c uxx uxt utt hut 8) c ( ) c => υπερβολική 9) f f F f t c x c m Πρόκειται για την εξίσωση oltzmann και περιγράφει τις τροχιές των σωματιδίων υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, χωρίς ενδομοριακές συγκρούσεις. Θέτοντας F η εξίσωση είναι αντίστοιχη με την εξίσωση κύματος ης τάξης. Επομένως πρόκειται για υπερβολική εξίσωση, αφού και για F δεν αλλάζει ο τύπος της εξίσωσης. 6