Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Shpory_Ch_M.doc
Скачиваний:
29
Добавлен:
28.04.2019
Размер:
2.89 Mб
Скачать

Свойства.

1. - наивысшая степень точности.

Покажем что в случае условие теоремы не выполняется:

Для любого многочлена степени

.

  1. Узлы симметричны на .

  2. все коэффициенты положительны и для симметричных узлов равны.

34 Интегрирование быстроосциллирующих функций.

Осцилляция – быстрое изменение знака. При возрастании числа осцилляция усиливается. Рассмотрим 2 интеграла:

Потребуем, чтобы эти интегралы сходились, для этого функция должна убывать быстрее, чем функция , т.е. ,

где и - некоторые константы больше нуля. Формулы Ньютона-Котеса работают для осцилляционных функций плохо. Выведем квадратурные формулы для интегралов таких типов. Возьмем в качестве весовой функции: . Рассмотрим функцию на конечном интервале : .

Заменим функцию многочленом Лагранжа. Тогда аналогично будем иметь, что

(1)

С ростом числа - степени многочлена, числа узлов, подсчет по формулам (1) затруднителен. Рассмотрим маленький отрезок длины шага . Тогда многочлен есть линейная функция:

Следовательно

Аналогично

Теперь разобьем на интервалов, на каждом из которых применим полученные формулы. Получим в общем, виде:

Представим первоначальный интеграл в следующем виде:

так как , то . Таким образом, формула для синус–преобразования выглядит так:

Аналогично получим формулу для косинус–преобразования:

36-41 Общ. часть

Численные методы решение задач Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений (д. у.).

Будем рассматривать д. у. следующего вида : . Т.е. требуется найти решение уравнения у=f(x,y), вида у=у(х), удовлетворяющее условию у(х0)=у0. Функций, удовлетворяющих уравнений (1) много, но лишь одна из них проходит через точку (х0, у0). Для несложных функций f(x,y) решение такой задачи может быть найдено аналитически.

Существование и единственность задачи Коши дается в теореме Пикара.

Теорема Пикара: если функция f(x,y) определена в некоторой области G={(x,y): |x-x0|a, |y-y0|b} и по переменной у удовлетворяет условию Липщица: |f(x,y1)-f(x,y2)|L|y1-y2|, L – const Липшица, то на некотором отрезке |x-x0| h, h>0 существует и единственно решение задачи Коши (1)-(2).

Если функция f(x) – дифференцируемая, ограничена и по у имеет производную, то в качестве const Липшица можем взять: L= | |. Рассмотрим несколько методов нахождения решения задачи Коши.

36 Метод Пикара.

Основан на расщеплении функции f(x).

Пусть f(x) представляется в виде суммы двух функций: f(x,y)=f1(x,y)+f2(x,y). Таких, чтобы задача Коши с функцией f1 могла бы иметь решение, а функция f2 должна быть достаточно малой функцией. Т.е., чтобы задача Коши: (3) была разрешима для любой функции g.

Если имеет место (3), то можно построить итерационный процесс для решения задачи (1)-(2). Этот итерационный процесс называется итерационным процессом Пикара. Построим его по следующему правилу:

Возьмем у0(х)=у(х0)=у0 за начальное приближение.

, =g(x) - решением этой новой задачи Коши является функция у1(х).

, = g(x) - решением этой новой задачи Коши является функция у2(х).

(4) решением этой задачи Коши является функция ук+1(х).

Самый простой вариант метода Пикара – когда f11, f2=f, тогда задача Коши (4) имеет следующий вид: у(0)0

(5)

проинтегрируем уравнение задачи Коши (5) от х0 до х:

(y(k+1))dx= f(x,y (k) (x))dx y(k+1)(x)=y(k+1)(x0)+ f(x,y(k)(x))dx

Решение задачи Коши – интеграл. Вычисление таких интегралов затрудняет процесс вычисления.

(7) - формула Пикара. Выясним сходимость метода:

- функциональная последовательность.

|y(k+1)(x)-y(k)(x)|=| - |=| -

- |=| [f(x,y(k))-f(x, y(k-1))]dx| | f(x,y(k))-f(x, y(k-1))|dx

{для f применим неравенство Липшица} L |yk(x)-yk-1(x)|dx

Т.е. разность на к-том шаге может быть определена через разность на (к-1)-м шаге. Оценим модуль разности при к=1:

|y1(x)-y0(x)| {A= }A(x-x0)

оценим при к=2:

|y2(x)-y1(x)| L |y1-y0|{A= }AL (x-x0)dx=AL =

= L2

оценим при к=3:

|y3(x)-y2(x)| L |y2-y1|{A= }AL2 dx=

= L2 (x-x0)3= L3

в итоге получим: | yk+1(x)-yk(x)| L(k+1)

L(k+1) - это (к+1)-й член ряда Тейлора для функции . Ряд сходится и его (к+1)-й член стремится к нулю при к. Следовательно с увеличением шага итераций к | yk+1(x)-yk(x)|0.

Т.о. метод Пикара сходится.

Замечание: при малых величинах L(x-x0)0.1;0.01 метод Пикара достаточно быстро сходится, решение можно получить за 5-10 итераций с 15-ю точными знаками после запятой

Интегралы в формуле вносят погрешность.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]