Экономико-математическое моделирование : Моделирование физических процессов
Моделирование физических процессов
3 ГОУ ВПО “Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики” Уральский технический институт связи и информатики (филиал) Кафедра информационных систем и технологий Моделирование физических процессов Екатеринбург 2009 Оглавление Введение 1. Математическая модель 2. Описание теории применяемой к задаче 3. Блок - схемы 4. Листинг программы 5. Фотография графика 6. Решение задачи в MathCAD Вывод Литература Введение Благодаря данной курсовой работе, я получу основные навыки: в моделирование физических процессов, грамотного распределения информации и грамотного использования возможностей языка программирования Pascal. Курсовая работа является первой объёмной самостоятельной работой для меня в роли программиста. Эта работа завершает подготовку по дисциплине “Программирование на языках высокого уровня” и становится базой для выполнения последующих курсовых проектов по специальным дисциплинам. После выполнения данной курсовой работы, я рассчитываю научиться строить графики функций, работать в MathCAD, и понимать геометрический смысл методов: Эйлера модифицированного и Рунге-Кутта. Математическая модель, постановка задачи. 1. Обсчитать первую точку методами Рунге-Кутта и Эйлера модифицированного. 2. Построить график к первой точке. 3. Составить блок - схемы. 4. Написать программу. 5. Построить график в MathCAD. 6. Сделать выводы 1. Математическая модель Метод Рунге-Кутта Теория: Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка = f(x, y), с начальным условием y() = . Выберем шаг h и введём обозначения: = + i*h , = y(), где i = 0, 1, 2, … - узлы сетки, - значение интегральной функции в узлах. Аналогично Модифицированного метода Эйлера решаем дифференциальное уравнение. Отличие состоит в делении шага на 4 части. Согласно методу Рунге - Кутта 4 порядка, последовательные значения искомой функции y определяются по формуле: = + ?y, где ? = (+ 2 + 2 + ), I = 0, 1, 2, … А числа , , , на каждом шаге вычисляются по формулам: h* f(, ) , ) , ) h* f(, + ) Обсчёт первой точки методом Рунге-Кутта: Задано уравнение движения материальной точки: = x*sin(t), с условием t 0 =1, t к =1.4, h = 0.05, x 0 =2. Необходимо построить физическую и математическую модель движения. tg(a) = x*sin(t) = 2*sin(1)= 1.6829 /(a) = 1.0346 t(b) = 1.6829 + 0.125 = 1.8079 x(b) = 2+0.125*1.8079 = 2.2259 tg(b) = 2.2259*sin(1) = 1.8730 /(b) = 1.0803 t(c) = 1.6829 + 0.025 = 1.7079 x(c) = 2 + 0.025*(1.7079) = 2.0426 tg(c) = 2.0426*sin(1) = 1.7187 /(c) = 1.0438 t(d) = 1.6829 + 0.0375 = 1.7204 x(d) = 2 + 0.0375*1.7204 = 2.0645 tg(d) = 2.0645*sin(1) = 1.7372 /(d) = 1.0484 Обсчет первой точки модифицированным методом Эйлера Заданно уравнение движения материальной точки: = x*sin(t), с условием t 0 =1, t к =1.4, h = 0.05, x 0 =2. Необходимо построить физическую и математическую модель движения. A(1 ; 2) tg(a) = x*sin(t) = 2*sin(1)= 1.682 /(a) = 1.034 = + * f(, ) = 2 + 0.025*(1.6829) = 2.042 C(0.025 ; 2.042) tg(c) = x*sin(t) = 2*sin(1.025) = 1.709 /(c) = 1.041 = +h*f(+ ; +*f(;)) = 2 + 0.05*(1.041) = 2.05205 Таблица измерений в Pascal, Mathcad: |
t | X1 | X2 | Xm | | 0 | 0 | 0 | 0 | | 0.1 | 0.1778 | 0.1677 | 0.168 | | 0.2 | 0.3354 | 0.3201 | 0.32 | | 0.3 | 0.4804 | 0.4621 | 0.462 | | 0.4 | 0.6165 | 0.5964 | 0.596 | | 0.5 | 0.7460 | 0.7249 | 0.725 | | 0.6 | 0.8705 | 0.8487 | 0.849 | | 0.7 | 0.9909 | 0.9688 | 0.969 | | 0.8 | 1.1079 | 1.0857 | 1.086 | | |
X1 - метод Эйлера модифицированный, X2 - метод Рунге - Кутта, Xm - решение в Mathcad Фотография графика. Решение в Mathcad Вывод В результате проделанной работы, я научился решать дифференциальные уравнения и строить к ним график, еще я научился решать такие уравнения в среде Turbo Pascal. Узнал, как решать различные уравнения в MathCAD. Еще я понял, как можно строить различный функции по точкам, с помощью циклов. Так же я понял, как нужно правильно масштабировать графики, в зависимости от заданной функции. Вследствие того, что данная курсовая, была для меня первой серьезной и объемной работой, я научился оформлять серьезные работы. Список литературы 1. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З., Численные методы анализа: Физматгиз, 1963. 2. Немюгин С.А. turbo Pascal. Практикум - СПБ.: Питер, 2005. 3. Немюгин С.А. turbo Pascal. Программирование на языке высокого уровня: Учебник для вузов. - СПБ.: Питер, 2009. 4. М.М. Боженова, Л.А. Москвина. Практическое программирование. Приемы создания программ на языке Паскаль. 5. Основные процедуры и функции модуля graph: http://rsc-team.ru/cgi-bin/index.pl?rzd=2&group=lection&ind=21
|