ХТМУ Светослав Ненов Навигация Диференчни схеми Начална страница Курсове Математика Диференчни схеми Уравнение на топлопроводимост FTCS схема Настройк

Подобни документи
Microsoft Word - VM22 SEC55.doc

Homework 3

Microsoft Word - PMS sec1212.doc

I

Microsoft Word - Lekciya-8-9-Proizvodni-na-Elementarnite-Funkcii.doc

036v-b.dvi

Линейна алгебра 7. Умножение на матрици. Обратими матрици. Матрични уравнения специалности: Математика, Бизнес математика, Приложна математика, I курс

Microsoft Word - nbb2.docx

munss2.dvi

Microsoft Word - VM22 SEC66.doc

Microsoft Word - VM-LECTURE06.doc

Microsoft Word - Sem02_KH_VM2-19.doc

ЛЕКЦИЯ 6 ЗАКОН ЗА ИНЕРЦИЯТА Определение. Броят на положителните коефициенти в каноничния вид на дадена квадратична форма се нарича положителен индекс

Microsoft Word - Lecture 14-Laplace Transform-N.doc

Microsoft Word - PRMAT sec99.doc

Microsoft Word - Lecture 9-Krivolineyni-Koordinati.doc

Microsoft Word - Sem8-Pharm-2017.doc

Microsoft Word - stokdovo saprotivlenie.doc

40 Глава 1. Тензорна алгебра 6. Пример тензор на инерцията на Ойлер В този момент нека прекъснем формалното изложение на тензорната алгебра за да обсъ

Семинар № 2: Граници на редици, признаци на Даламбер и Коши за сходимост на редове

munss2.dvi

Глава 15 Въпрос 15: Оператор на Рейнолдс. Крайна породеност на пръстена от инвариантни полиноми на крайна матрична група. Навсякъде в настоящия въпрос

Microsoft Word - VypBIOL-06-rabota.doc

Линейна алгебра 11. Собствени стойности и собствени вектори на матрица и линейно преобразувание. Диагонализиране на матрица специалности: Математика,

Семинар № 2: Граници на редици, признаци на Даламбер и Коши за сходимост на редове

СОФТУЕРНИ РЕШЕНИЯ ЗА РЕАЛИЗАЦИЯ НА ИНТЕЛИГЕНТНИ ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОННИ УСЛУГИ

Microsoft Word - IGM-SER1111.doc

СОФИЙСКА МАТЕМАТИЧЕСКА ГИМНАЗИЯ ТУРНИР ПО МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА "ЗА ТОРТАТА НА ДИРЕКТОРА" ТЕМА ПО МАТЕМАТИКА 8 КЛАС Задача 1. Да се реши в цели чис

16. Основни методи за интегриране. Интегриране на някои класове функции Интегриране по части. Теорема 1 (Формула за интегриране по части). Ако

110 (Глава 2. Тензорен анализ 12. Диференциални операции в криволинейни координати Градиент на скаларно поле. Дефиницията (11.5) на градиента чр

INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL "MECHANIZATION IN AGRICULTURE" WEB ISSN ; PRINT ISSN ИЗСЛЕДВАНЕ И ОПТИМИЗИРАНЕ ПЕРИОДИЧНОСТТА НА Д

Глава 17 ζ-функция на Hasse-Weil. Преди да разгледаме ζ-функцията на Hasse-Weil трябва да въведем някои числови инварианти на крива, определена над кр

ПЛОВДИВСКИ УНИВЕРСИТЕТ

ceco.dvi

zadIresheniqfNSOM2019.dvi

Vocational Education Volume 19, Number 4, 2017 Професионално образование School for Teachers Училище за учители ГРАФИЧЕН МЕТОД ЗА РЕШАВАНЕ НА УРАВНЕНИ

г. Несинусоидални режими в електрическите вериги 1 / 16 Ред на Фурие Несинусоидални режими в електрическите вериги Несинусоидални сигнали До

Задача 1. Да се реши уравнението софийски университет св. климент охридски писмен конкурсен изпит по математика II 31 март 2019 г. Tема 1 (x 1) x 2 =

Семинар 6: Обикновени диференциални уравнения от 2 ред.

Препис:

ХТМУ Светослав Ненов Навигация Диференчни схеми Начална страница Курсове Математика Диференчни схеми Уравнение на топлопроводимост FTCS схема Настройки FTCS схема Календар Разглеждаме едномерната задача u t = β 2 u, xx t, x L, (1) u(, t) = T (t), t, (2) u(x, ) = g(x), x L (3) u(l, t) = T L (t), t, където, е два пъти непрекъснато диференцируема функция в безкрайния правоъгълник L > u : Π R (4) Π = {(x, t) : x L, t < }. В настоящата секция ще считаме, че разглежданата задача е съгласувана и добре поставена в смисъл на Hadamard. Π В въвеждаме Декартова мрежа (вж. Фигура 1): x 1 =, x i = = (n 1)h = L. x n (i 1)h, i = 1,, n t 1 =, t j = (j 1), j = 1, 2, ;

Фигура 1 Да апроксимираме производната относно t чрез дясна диференчна формула: (, ) = u t x i t j където,. За израза = u( x i + ) u( x i ) (x, t) ще използваме центрирана разлика: където i = 2,, n 1, j = 1, 2,. u( x i +1 ) u( x i ) i = 1,, n j = 1, 2, u xx + O() + O(), 1 xx( x i ) = x i t j x i t j x i t j u (u( h, ) 2u(, ) + u( + h, ) ) + O( ) 1 = (u( x i 1 ) 2u( x i ) + u( x i+1 ) ) + O( ),

Заместваме в (1) и получаваме u( x i +1 ) u( x i ) Ето защо е естествено да разгледаме следния дискретния модел β 2 = (u( x i 1 ) 2u( x i ) + u( x i+1 ) ) + O( ) O(). (5) u i j+1 където i = 2,, n 1, j = 1, 2,. Изразяваме u i j+1 от уравнението (???) и получаваме u i j β 2 = ( u 2 + ), i 1 j u i j u (6) i+1 j u i j+1 = u + β 2 ( 2 + ). i j u i 1 j u i j u i+1 j (7) Използвайки и началните и гранични условия (2)-(4), получаваме T ( ) = u(, ) =, j = 1, 2, t j g( ) = u( x i, ) = u i 1, i = 1,, n, T L x i ( ) = u(l, ) =, j = 1, 2. t j t j t j u 1 j u n j (8) (9) (1) Уравненията (7)-(1) се наричат FTCS диференчна схема за задачата (1)-(4). Нека положим u j u 1 j u 2 j = u n j Тогава

u j+1 u 1 j 1 u 2 j + ( u 1 j 2 u 2 j + u 2 j ) u 1 j+1 r 1 2r r u 1 j u 2 j+1 u 3 j + ( u 2 j 2 u 3 j + u 3 j ) r 1 2r r = = h = = A, 2 u 2 j u j u n j+1 r 1 2r r u n j u n 1 j + ( u 1 j 2 u 1 j + u 2 j ) 1 u n j където r = β 2, j = 1, 2,. Очевидно A е несиметрична тридиагонална матрица. Пример 1. Разглеждаме задачата u t =.1, u xx u(, t) = T (t), u(x, ) = 2, u(1, t) = T L (t), t, x 1, t 12, x 1 t 12, (11) (12) (13) (14) където T (t) = T L (t) = 2, 8 + 6t, 32, 68 6t, 2, t 2, t 4, t 6, t 8, 8 < t, вж. фигура 2.

Фигура 2 Нека h =.1, =.1. Тогава r = β =.1, 11, 121. Въвеждаме мрежа в n = m = Π = {(x, t) : x 1, t < 12} : x 1 =, x i = = (11 1)h = 12. x 11 (i 1)h, i = 1,, 1 t j t 121 t 1 =, = (j 1), j = 1,, 12, = 12. Не е трудно да съставим съотвения код в програмна среда Maple (вж. уравнения (7)-(1)): restart: with(plots): beta :=.1; L := 1; Tend := 12; h :=.1; :=.1; # initialization Maple code

r := *beta/h^2; n := trunc(l/h)+1; m := trunc(tend/)+1; for i from 1 to n do x[i] := (i-1)*h: for j from 1 to m do t[j] := (j-1)*: #the grid constructor # initial and boundary conditions T[] := t-> piecewise(t <= 2 or 8 <= t, 2, 2 <= t and t <= 4, 8+6*t, 4 <= t and t <= 6, 32, 6 <= t and t <= 8, 68-6*t): T[L] := t-> piecewise(t <= 2 or 8 <= t, 2, 2 <= t and t <= 4, 8+6*t, 4 <= t and t <= 6, 32, 6 <= t and t <= 8, 68-6*t): g := x -> 2: # FTCS scheme for i from 1 to n do u[i, 1] := g(x[i]): for j from 1 to m do u[1, j] := T[](t[j]): u[n, j] := T[L](t[j]): for j from 1 to m-1 do for i from 2 to n-1 do u[i, j+1] := u[i, j]+r*(u[i-1, j]-2*u[i, j]+u[i+1, j]): #results seq(x[i], i = 1.. n); seq(u[i, m], i = 1.. n); pointplot([seq(x[i], i = 1.. n)], [seq(u[i, m], i = 1.. n)], connect = true, style = pointline, color = red); end Maple code В следващата таблица са представени някои резултати при различни стойности на Tend:

Tend = 4 Tend = 6 Tend = 8 Tend = 12 Анимация на получената апроксимация на решението (right clic and choose to open the figure in new tab):

Матрично решение: Да положим: u 1 1 u 2 1 u 1 3 1 u 4 1 1/4 1/2 1/4 u 1/4 1/2 1/4 5 1 A =, u 1 = u 6 1, където: u i,1 = 2, i = 1,, 11. Лесно пресмятаме Отново, използвайки началните условия u 2,1 = T ( t 2 ) и u n,1 = T L ( t 2 ) пресмятаме и т.н. = A. u 2 u 1 = A. u 3 u 2 1/4 1/2 1/4 1 u 7 1 u 8 1 u 9 1 u 1 1 u 11 1 Maple code

restart: with(plots): beta :=.1; L := 1; Tend := 12; h :=.1; :=.1; r := *beta/h^2; n := trunc(l/h)+1; m := trunc(tend/)+1; # initialization for i from 1 to n do x[i] := (i-1)*h: for j from 1 to m do t[j] := (j-1)*: #the grid constructor # initial and boundary conditions T[] := t-> piecewise(t <= 2 or 8 <= t, 2, 2 <= t and t <= 4, 8+6*t, 4 <= t and t <= 6, 32, 6 <= t and t <= 8, 68-6*t): T[L] := t-> piecewise(t <= 2 or 8 <= t, 2, 2 <= t and t <= 4, 8+6*t, 4 <= t and t <= 6, 32, 6 <= t and t <= 8, 68-6*t): g := x -> 2: A := n -> Matrix(n, scan = band[1, 1], [[seq(r, i = 1.. n-2), ], [1, seq(1-2*r, i = 1.. n-2), 1], [, seq(r, i = 1.. n-2)] ]): U := Matrix(n, m): # FTCS scheme (matrix form). The tridiagonal matrix for i from 1 to n do U[i, 1] := g(x[i]): for j from 2 to m do U[1, j-1] := T[](t[j-1]): U[n, j-1] := T[L](t[j-1]): U[1.. n, j] := A(n).U[1.. n, j-1]: # FTCS scheme (matrix form). Iterations end Maple code

На следните фигури са изобразени точките {( x i, u i j ) : i = 1,, 11} за различни стойности на j. Maple code J:=25: pointplot([seq(x[i], i = 1.. n)], [seq(u[i, J], i = 1.. n)], color = red); J:=75: pointplot([seq(x[i], i = 1.. n)], [seq(u[i, J], i = 1.. n)], color = red); end Maple code Забележка (Устойчивост, von Neumann). Нека допуснем, че решението на диференчното уравнение (7) има вида ( {i {\boldsymbol i} е имагинерната еденица)

u i j = e iiβh e jr. Да разгледаме поведението на това решение при. j Последно модифициране: вторник, 29 ноември 216, 15:1 Moodle документация за тази страница Вие сте влезли в системата като Светослав Ненов (Изход) Диференчни схеми