- •Методические указания по выполнению лабораторных и расчетно-графических работ
- •1 Лабораторная работа №1. Методы интерполяции.
- •1.1 Расчеты в точке
- •1.2 Расчеты в точке с большей кривизной
- •1.3 Проверка проведенных вычислений по компьютерной программе
- •1.4 Исследование влияния числа узлов сетки на точность интерполяции
- •2 Лабораторная работа №2. Численные методы дифференцирования функции одной переменной. Формулы Стирлинга
- •3 Лабораторная работа №3. Численные методы решения нелинейных уравнений. Методы дихотомии, хорд, касательных
- •3.1 Задача отделения корня.
- •3.2 Нахождение корня методом дихотомии
- •3.3 Нахождение корня методом хорд
- •3.4 Нахождение корня методом касательных (Ньютона)
- •4 Лабораторная работа №4. Численные методы решения систем нелинейных уравнений. Метод Ньютона.
- •5 Лабораторная работа №5. Численные методы поиска экстремума функций одной переменной. Методы дихотомии, «золотого сечения», Ньютона.
- •5.1 Поиск минимума методом дихотомии
- •5.2 Поиск минимума методом «золотого сечения»
- •5.3 Поиск минимума методом Ньютона
- •Выводы: При поиске минимума функции на отрезке
- •6 Лабораторная работа №6. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений методами Эйлера, модифицированного метода Эйлера с пересчетом, Рунге-Кутты.
- •6.5 Решение с помощью программного комплекса «чмриз».
- •7 Лабораторная работа №7. Вычисление определенных интегралов методом Монте-Карло.
5.3 Поиск минимума методом Ньютона
Для метода Ньютона нужно задать начальное приближение из условия
,иначе процесс сходимости не гарантирован.
Если , тои.
Если , тои.
Следовательно, в качестве начального приближения следует выбрать точку .
1) Находим первое приближение по формуле
;
Так как , то требуется второе приближение.
2) Находим второе приближение по формуле
Так как , то требуется третье приближение.
3) Находим третье приближение по формуле
Так как , то процесс последовательных приближений можно считать законченным и значение принять за точку минимума.
Итак, ;число приближений.
Ниже приведены расчеты нахождения минимума функции методом Ньютона, выполненные с помощью компьютерной программы.
Заметим, что в случае выбора за начальное приближение точки ,процесс все же сойдется, но за большее число приближений.
Результаты всех расчетов сведем в таблицу
№ |
Название метода поиска |
Число приближений |
Точка минимума |
1 |
Метод дихотомии |
12 |
(0,69; -22,04) |
2 |
Метод «золотого сечения» |
8 |
(0,68; -22,04) |
3 |
Метод Ньютона |
3 |
(0,69; -22,04) |
Выводы: При поиске минимума функции на отрезке
самым быстрым оказался метод Ньютона (4 приближения).
6 Лабораторная работа №6. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений методами Эйлера, модифицированного метода Эйлера с пересчетом, Рунге-Кутты.
Задание.
Методами Эйлера, модифицированным методом Эйлера с пересчетом и методом Рунге-Кутты 4-го порядка найти частное решение обыкновенного дифференциального уравнения 1-го порядка вида , с начальным условием ,на интервалес шагом.
Решение.
6.1 Найдем сначала точное решение дифференциального уравнения .
Это уравнение сводится к уравнению с разделяющимися переменными с помощью подстановки .Тогдаи уравнение примет вид Разделяя переменные, получим
Частное решение при начальном условии :
Итак, точное решение имеет вид: .
Протабулируем полученное решение на интервалес шагоми результаты расчетов сведем в таблицу 6.1
Таблица 6.1 Результаты табулирования функции
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.2 Решение дифференциального уравнения методом Эйлера.
Итерационная формула метода Эйлера для дифференциального уравнения имеет вид: .
У нас ; ; ; .
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.2
Номер точки n | ||||
0 |
0,0 |
1,00 |
0,0+1,00=1,00 | |
1 |
0,1 |
1,10 |
0,1+1,10=1,20 | |
2 |
0,2 |
1,22 |
0,2+1,22=1,42 | |
3 |
0,3 |
1,36 |
0,3+1,36=1,66 | |
4 |
0,4 |
1,53 |
0,4+1,53=1,93 | |
5 |
0,5 |
1,72 |
|
|
6.3 Решение дифференциального уравнения модифицированным методом Эйлера с пересчетом.
Итерационная формула модифицированного метода Эйлера с пересчетом для дифференциального уравнения имеет вид:
,где
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.3
№ точки n |
|
|
|
| |
0 |
0,0 |
1,00 |
0,0+1,00=1,00 | ||
1 |
0,1 |
1,11 |
0,1+1,11=1,21 | ||
2 |
0,2 |
1,24 |
0,2+1,24=1,44 | ||
3 |
0,3 |
1,40 |
0,3+1,40=1,70 | ||
4 |
0,4 |
1,58 |
0,4+1,58=1,98 | ||
5 |
0,5 |
1,79 |
|
|
|
6.4 Решение дифференциального уравнения методом Рунге-Кутты 4-го порядка.
Итерационная формула модифицированного метода Эйлера с пересчетом для дифференциального уравнения имеет вид:
где
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.4
Номер точки n | |||||||
0 |
0,0 |
1,00 |
0+1=1 | ||||
1 |
0,1 |
1,11 |
0,1+1,11=1,21 | ||||
2 |
0,2 |
1,24 |
0,2+1,24=1,44 | ||||
3 |
0,3 |
1,40 |
0,3+1,4=1,7 | ||||
4 |
0,4 |
1,58 |
0,4+1,58=1,98 | ||||
5 |
0,5 |
1,79 |
|
|
|
|
|