Runge-Kutta módszerek

Hasonló dokumentumok
Közönséges differenciál egyenletek megoldása numerikus módszerekkel: egylépéses numerikus eljárások

Baran Ágnes, Burai Pál, Noszály Csaba. Gyakorlat Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Függvények Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

3D számítógépes geometria 2

Lineáris algebra numerikus módszerei

(kidolgozta: Dr. Nagy Zoltán egyetemi adjunktus)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Numerikus Matematika

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

GPK M1 (BME) Interpoláció / 16

MÉSZÁROS JÓZSEFNÉ, NUMERIKUS MÓDSZEREK

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

A Richardson-extrapoláció és alkalmazása a Dániai Euleri Modellben

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

egyenlőtlenségnek kell teljesülnie.

12 48 b Oldjuk meg az Egyenlet munkalapon a következő egyenletrendszert az inverz mátrixos módszer segítségével! Lépések:

3. Lineáris differenciálegyenletek

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Hiányos másodfokú egyenletek. x 8x 0 4. A másodfokú egyenlet megoldóképlete

Elérhető maximális pontszám: 70+30=100 pont

Komputeralgebra Rendszerek

Numerikus matematika vizsga

Numerikus módszerek II. zárthelyi dolgozat, megoldások, 2014/15. I. félév, A. csoport. x 2. c = 3 5, s = 4

Numerikus módszerek. 9. előadás

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Abszolútértékes és gyökös kifejezések

Az egyenes egyenlete: 2 pont. Az összevont alak: 1 pont. Melyik ábrán látható e függvény grafikonjának egy részlete?

Parciális differenciálegyenletek numerikus módszerei számítógépes alkalmazásokkal Karátson, János Horváth, Róbert Izsák, Ferenc

függvény grafikonja milyen transzformációkkal származtatható az f0 : R R, f0(

FIZIKAI KÉMIA II. házi dolgozat. Reakciókinetikai adatsor kiértékelése (numerikus mechanizmusvizsgálat)

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Érettségi feladatok: Függvények 1/9

Differenciálegyenletek numerikus integrálása április 9.

Feladatok a koordináta-geometria, egyenesek témaköréhez 11. osztály, középszint

MATEK-INFO UBB verseny április 6.

Figyelem, próbálja önállóan megoldani, csak ellenőrzésre használja a következő oldalak megoldásait!

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

Diszkrét matematika II. gyakorlat

Abszolútértékes és gyökös kifejezések Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 25. EMELT SZINT I.

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Határozott integrál és alkalmazásai

Károlyi Katalin Eötvös Loránd Tudományegyetem Alkalmazott Analízis Tanszék. Abstract

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Nemlineáris programozás 2.

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

Trigonometria Megoldások. 1) Oldja meg a következő egyenletet a valós számok halmazán! (12 pont) Megoldás:

a) A logaritmus értelmezése alapján: x 8 0 ( x 2 2 vagy x 2 2) (1 pont) Egy szorzat értéke pontosan akkor 0, ha valamelyik szorzótényező 0.

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

Gauss elimináció, LU felbontás

Robotok inverz geometriája

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (L Hospital szabály, Taylor-polinom,

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Abszolútértékes és Gyökös kifejezések

Csoportmódszer Függvények I. (rövidített változat) Kiss Károly

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Elhangzott gyakorlati tananyag óránkénti bontásban. Mindkét csoport. Rövidítve.

Exponenciális és logaritmikus kifejezések Megoldások

13. Oldja meg a valós számpárok halmazán a következ egyenletrendszert!

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Érettségi előkészítő emelt szint évf. Matematika. 11. évfolyam. Tematikai egység/fejlesztési cél

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

Differenciálegyenletek

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Operátorszeletelési módszerek hibaanalízise és alkalmazásuk reakciódiffúzió-problémákra

Minimális fluidizációs gázsebesség mérése

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Matematika III. harmadik előadás

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

11. modul: LINEÁRIS FÜGGVÉNYEK

r a sugara, h a magassága a hengernek a maximalizálandó függvényünk a V (r, h) = πr 2 h. Az érintkezési pontokban x 2 + y 2 = r 2 és z = h/2.

Fourier transzformáció

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Trigonometria

Reakciókinetika és katalízis

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

3. Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Trigonometria

Lineáris algebra Gyakorló feladatok

Feladatok matematikából 3. rész

Lineáris egyenletrendszerek

Matematika 11 Koordináta geometria. matematika és fizika szakos középiskolai tanár. > o < szeptember 27.

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Baran Ágnes, Burai Pál, Noszály Csaba. Gyakorlat Differenciálegyenletek

Differenciál egyenletek

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA 11.E OSZTÁLY HETI 4 ÓRA 37 HÉT/ ÖSSZ 148 ÓRA

Átírás:

Runge-Kutta módszerek A Runge-Kutta módszerek az Euler módszer továbbfejlesztésének, javításának tekinthetők, kezdeti értékkel definiált differenciál egyenletek megoldására. Előnye hogy a megoldás során nem kell magasabb rendű differenciálokat számolnia. A Runge-Kutta módszer explicit megoldásának általános alakja az s lépésben: Ahol, és Egy másodrendű klasszikus Runge-Kutta módszer Butcher táblázata: ahol a diagram együtthatói kielégítik a következő egyenletrendszert: Ezért, végtelen sok fajtája van a másodrendű Runge-Kutta módszereknek. A leggyakrabban használt módszerek:

a) Euler módosított módszere, amelyben A képlete ahol. A következőkben két Mathematica eljárást, az eulermod és az eulermodgraf eljárásokat fogjuk bemutatni. Ezek segítségével kiszámolható a közzelitő megoldások értéktáblázata és ábrázolhatóak is a megoldások a módosított Euler módszerrel. ahol f a megoldásfüggvényhez rendelt függvény, h a lépésköz, ini a kezdeti érték, valamint a és b az intervallum végpontjai.

b) Javított Euler módszer, amelynél A képlete: ahol. A módszerhez tartozó két Mathematica eljárás, a mejoreuler és a mejoreulergraf. Ezek az eljárások szolgáltatják a javított Euler módszer megoldásának értéktáblázatát és grafikonját. ahol f a megoldásfüggvényhez rendelt függvény, h a lépésköz, ini a kezdeti érték, valamint a és b az intervallum végpontjai.

Mindkét módszer használatával megoldjuk az kezdeti érték problémával definiált differenciál egyenletet a [0,1] intervallumon, 0.1-es lépésközzel.

Az előző fejezetben láthattuk, hogy ennek a differenciál egyenletnek az adott kezdeti értéket kielégítő megoldása, t=1-re, 1.70187 volt. Ezért kijelenthetjük, hogy az első Runge-Kutta módszer megoldás változata sokkal közelebb áll az egzakt megoldáshoz, mint a második.

A harmadrendű klasszikus Runge-Kutta módszerhez tartozó Butcher táblázat: ahol a diagram együtthatói kielégítik a következő egyenletrendszert: Az egyenletrendszer túl határozott, ezért végtelen sok harmadrendű Runge- Kutta módszer létezik, melyek közül a leggyakrabban használt: képlete pedig: ahol

Ehhez a Mathematica két újjabb eljárása, a Runge3 és a Runge3graf használható, melyek segítségével megkapható a megoldás értéktáblázata és grafikonja. ahol f a megoldásfüggvényhez rendelt függvény, h a lépésköz, ini a kezdeti érték, valamint a és b az intervallum végpontjai. Ezen módszer használatával oldjuk meg az kezdeti érték problémával definiált differenciál egyenletet a [0,1] intervallumon, 0.1-es lépésközzel.

A leggyakrabban használt negyedrendű Runge-Kutta módszerhez tartozó Butcher táblázat: Képlete pedig Ehhez két újabb Mathematica eljárás, a Runge4 és a Runge4graf használható, melyek segítségével megkapható a megoldás értéktáblázata és grafikonja.

ahol f a megoldásfüggvényhez rendelt függvény, h a lépésköz, ini a kezdeti érték, valamint a és b az intervallum végpontjai. Ezen módszer használatával oldjuk meg az kezdeti érték problémával definiált differenciál egyenletet a [0,1] intervallumon, 0.1-es lépésközzel.

Példa 1. A negye rendű Runge-Kutta módszer használatával oldjuk meg az kezdeti érték problémával definiált differenciál egyenletet, az [1,2] intervallumon, 0.1-es lépésközzel. Megoldás: A kezdeti érték problémával megadott differenciál egyenlethez rendelt függvényt adjuk meg és alkalmazzuk a numerikus módszert:

Példa 2. Határozzuk meg a t=3 pontban az

kezdeti érték problémával adott differenciál egyenlet negyedrendű Runge- Kutta megoldásának értékét, ehhez használjuk a Runge4 eljárást, h= 0.01 lépésköz használatával. Hasonlítsuk össze ennek grafikonját az Kezdeti érték problémával adott differenciál egyenlet megoldásának grafikonjával. Megoldás Fontos észrevenni, hogy a Mathematica nem tudja megoldani ezt a differenciál egyenletet: A kezdeti érték problémával adott differenciál egyenlethez rendelt függvény adott, alkalmazzuk a numerikus módszert:

Most oldjuk meg a második differenciál egyenletet, ugyanazokat az eljárásokat használva:

A grafikon megegyezik egészen a t=2 pont előtti részig, aztán hírtelen teljesen más irányt vesznek egymáshoz képest. A hírtelen csökkenés az első 2 100( t 2) 20e differenciál egyenlet megoldása esetén a impulzusnak π köszönhető, ami megváltoztatja a függvény menetét. Ezt az impulzus lökést a következő grafikonon ábrázoltuk: