Вычислительная математика. Луппова Е.П - 14 стр.

UptoLike

1111
11
21
1
1
1
1
1
1 1
1
1
)(
1
)(
))(()())(()
)()()()(')()())((
++
+
+
++
=
=
=
∫∫
∫∫
+
+
+
=
=
kkkkkk
x
x
kk
x
x
kk
k
x
x
x
x
k
k
k
k
x
x
x
x
kk
ydybya
dx
hh
yy
xadx
hh
yy
xa
dxxyxadxxyxa
x
x
xxyxadxxyxadxxyxa
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
ωω
ϕϕϕ
1
1
(
+
где
+
=
+
1
(
1
2
1
k
k
x
x
k
a
h
a ;)dxx
+
=
1
1
;)(
1
2
k
k
x
x
k
dxxa
h
b
=
k
k
x
x
k
dxxa
h
d
1
)(
1
2
1
.
h
xy
1
)(
=
на интервале [x
k-1
, x
k
], т.к.
yy
kk
= )()( xcxy
kk
ϕ
-
кусочно-линейная функция, ломаная.
,
1111 ++
++=
kkkkkk
ygyfye где
;)()(
2
1
11
dxxx
k
x
k
k
ω
+
;)()()(
1
1
21
1
dxxxxqg
k
x
x
k
k
k
k
ωω
=
.)()()()()()(
2211
1
1
dxxxxqdxxxxq
k
x
x
kk
x
x
k
k
k
k
k
ωωωω
+=
+
+
1
1
.)()(
k
x
dxxxf
ϕ
ые выражения в формулу (6.3), получаем
28
kkkkkkkkkk
Fyeayfbygd
=
+
+
+
+
+
+++ 111111
)()()( , где k=1, 2,
…, n-1. Это трехдиагональная система, которую можно решить методом
прогонки. Тем самым значения y
k
найдены, задача приближенно реше-
на.
Для нахождения коэффициентов трехдиагональной системы требу-
ется взять большое количество интегралов. Немного позже будут рас-
смотрены способы приближенного вычисления определенных интегра-
лов.
Вопросы:
1. Аппроксимационные формулы для приближения производных.
Порядок точности. Вывод через формулу Тейлора.
2. Методы решения задачи Коши для ОДУ (М. Эйлера,
М. Рунге-
Кутта), оценка погрешности. Практическое правило для оценки по-
грешности (двойной пересчет). Зависимость погрешности от шага.
3. Метод прогонки для решения СЛАУ с трехдиагональной матри-
цей.
4. Решение краевой задачи для ОДУ 2-го порядка с помощью ме-
тода прогонки.
5. Задача интерполяции. Инт. мн-н.
6. Задача интерполяции. Интерполяция квадр
. сплайном.
7. Метод наим. квадратов. Линейная, квадратичная регрессия.
Тренды.
8. Квадратурные ф-лы Ньютона-Комеса. Частные случаи n=1 и
n=2. Оценка погрешности.
9. Скалярное произведение функции. Ортогональность функций.
Ортогональные системы функций. (Тригометрическая, многочлены Ле-
жандра)
10. Многочлены Чебышева. Определение, Рекуррентная формула.
Доказательство ортогональности. Свойства многочленов (a
n
=2
n-1
, кор-
нивсе действ. и
[
]
1;1
, миним. св-во).
11. Квадратурные формулы Гаусса-Чебышева n=1, n=2.
12. Типы уравнений математической физики. Физический смысл.
Начально-краевые задачи.
13. Метод сеток для различных типов УМФ.
Аналогично
)()(
1
1
+
k
k
x
x
k
dxxyxq
ϕ
)(
1
xqe
x
k
k
ω
=
+
+
f
k
Обозначим
=
k
x
k
F
Подставляя найденн
27
        x k =1                                             x k =1                                                                xk +1           (d k −1 + g k −1 ) y k −1 + (bk + f k ) y k + (a k +1 + ek +1 ) y k +1 = Fk , где k=1, 2,
    −    ∫ (a( x) y′)′ϕ ( x)dx = ∫ a( x) y′ϕ ' ( x)dx −a( x) y′( x)ϕ ( x)
        x k −1
                                        k
                                                           x k −1
                                                                                    k                               k                    =   …, n-1. Это трехдиагональная система, которую можно решить методом
                                                                                                                                             прогонки. Тем самым значения yk найдены, задача приближенно реше-
                                                                                                                                 xk −1       на.
         xk                                                x k +1                                                                                 Для нахождения коэффициентов трехдиагональной системы требу-
    =     ∫      a( x) y′(ω1k ( x))′dx +                     ∫ a( x) y′(ω                   ( x))′dx ≡
                                                                                        k
                                                                                        2
                                                                                                                                             ется взять большое количество интегралов. Немного позже будут рас-
        x k −1                                               xk                                                                              смотрены способы приближенного вычисления определенных интегра-
         xk                                                         x k +1                                                                   лов.
              y − yk −1 1                                                               y k +1 − y k 1
    ≡ ∫ a ( x) k       ⋅ dx −                                        ∫ a ( x)                       ⋅ dx ≡
     x k +1
                 h      h                                            xk
                                                                                              h      h
    ≡ ak +1 yk +1 + bk yk + d k −1 yk −1                                                                                                                  Вопросы:
   где                                                                                                                                            1. Аппроксимационные формулы для приближения производных.
              1
                               xk +1
                                                                   1
                                                                                  x k +1
                                                                                                         1
                                                                                                                         xk                  Порядок точности. Вывод через формулу Тейлора.
    ak +1 = − 2
             h                  ∫ a( x)dx;                    bk = 2
                                                                  h               ∫x a( x)dx; d k −1 = − h2              ∫ a( x)dx .              2. Методы решения задачи Коши для ОДУ (М. Эйлера, М. Рунге-
                                xk                                                  k −1                                x k −1               Кутта), оценка погрешности. Практическое правило для оценки по-
                            y k − y k −1                                                                                                     грешности (двойной пересчет). Зависимость погрешности от шага.
    y ′( x) =                            на интервале [xk-1, xk], т.к. y ( x ) = ∑ c k ϕ k ( x) -                                                 3. Метод прогонки для решения СЛАУ с трехдиагональной матри-
                                 h                                                                                                           цей.
кусочно-линейная функция, ломаная.                                                                                                                4. Решение краевой задачи для ОДУ 2-го порядка с помощью ме-
    Аналогично                                                                                                                               тода прогонки.
        x k +1
                                                                                                                                                  5. Задача интерполяции. Инт. мн-н.
    −    ∫ q( x) yϕ
        xk −1
                                k    ( x)dx = ek +1 y k +1 + f k y k + g k −1 y k −1 , где                                                        6. Задача интерполяции. Интерполяция квадр. сплайном.
                                                                                                                                                  7. Метод наим. квадратов. Линейная, квадратичная регрессия.
                   x k +1
                                                                                                                                             Тренды.
                       ∫ q ( x) ⋅ ω                ( x) ⋅ ω 2k ( x)dx;
                                            k +1
    ek +1 =                                 1                                                                                                     8. Квадратурные ф-лы Ньютона-Комеса. Частные случаи n=1 и
                       xk
                                                                                                                                             n=2. Оценка погрешности.
                       xk
                                                                                                                                                  9. Скалярное произведение функции. Ортогональность функций.
                        ∫ q( x) ⋅ ω                ( x) ⋅ ω1k ( x)dx;
                                            k −1
    g k −1 =                                2                                                                                                Ортогональные системы функций. (Тригометрическая, многочлены Ле-
                    xk −1                                                                                                                    жандра)
                  xk                                                          x k +1
                                                                                                                                                  10. Многочлены Чебышева. Определение, Рекуррентная формула.
    fk =          ∫ q( x) ⋅ ω               ( x) ⋅ ω ( x)dx +                  ∫ q ( x) ⋅ ω          ( x) ⋅ ω 2k ( x)dx.
                                       k               k                                         k
                                       1               1                                         2                                           Доказательство ортогональности. Свойства многочленов (an=2n-1, кор-
                 xk −1                                                         xk
                                                                                                                                             ни – все действ. и ∈ [− 1;1] , миним. св-во).
                                             x k +1
                                                                                                                                                  11. Квадратурные формулы Гаусса-Чебышева n=1, n=2.
   Обозначим Fk =                             ∫ f ( x) ⋅ ϕ
                                             xk −1
                                                                      ( x)dx.                                                                     12. Типы уравнений математической физики. Физический смысл.
                                                                                                                                             Начально-краевые задачи.
   Подставляя найденные выражения в формулу (6.3), получаем                                                                                       13. Метод сеток для различных типов УМФ.



                                                                             27                                                                                                          28