Моделирование задач радиофизики и электроники в системе Mathcad. Радченко Ю.С - 42 стр.

UptoLike

42
Для численного поиска решения алгебраических уравнений f(x) = 0 в
MathCAD 2001 существует специальная встроенная функция root (корень ).
Функция может использоваться с различными начальными условиями, при
этом реализуются различные методы.
Если задан интервал, на котором предварительно локализован корень , то
используется функция с 4 аргументами: root [f(x),x,a,b], где f(x) -
рассматриваемая функция, x - её аргумент , a, b - нижняя и верхняя
границы интервала поиска. При использовании функции в такой форме
решение производится методом половинного деления.
Если известна точка начального приближения х 0, то перед вызовом
функции root аргументу х присваивается значение х 0, а функция имеет два
аргумента: root [f(x),x] . В этом случае применяется метод секущих .
Для определения корней полинома в MathCAD 2001 существует
специальная функция polyroots(v), где: v - вектор коэффициентов полинома.
Функция позволяет определить все корни полинома.
Применение стандартных функций MathCAD 2001 к решению
уравнений показано на рис . 4.1.
При определении корня алгебраического уравнения возможно также
использование блока Given и функции find(x) и minerr (последняя функция
используется для приближённого решения уравнений) [7]. В этом случае
перед служебным словом Given переменной присваивается значение
начального приближения, после слова Given записывается уравнение с
использованием знака логического равенства, задаются ограничения. Затем
для определения корня вызывается функция find(x), для приближенного
нахождения корня minerr(x)[7 ].
Рассмотрим примеры прикладных задач, решение которых требует
использования численных методов поиска корней нелинейных уравнений.
Пример 4.1.
Стабилитрон включён в цепь рис . 4.2. Сопротивление ограничительного
резистора R = 240 Ом. Напряжение источника питания E = - 15 В,
нестабильность напряжения 1 В. Рассчитать коэффициент стабилизации,
если вольт-амперная характеристика стабилитрона задана таблицей 4.1.
Таблица 4.1
Для расчёта коэффициента стабилизации, определённого согласно [11]
как отношение нормированных на свои средние значения изменений
напряжения питания и стабилизации, необходимо рассчитать значения U
MIN
,
U
O
, U
MAX
, соответствующие минимальному, эталонному (среднему) и
-U, B
1 5 7 9.8 10 10.2 10.5
I, мA
0 0 0.1 1 12 24 25
                                           42

       Д ля чис ленного поис к а реш ения алгебраичес к их уравнений f(x) = 0 в
MathCAD 2001 с ущ ес т вует с пециаль ная вс т роенная ф унк ция root (к орень ).
Ф унк ция может ис поль зоват ь с я с различными началь ными ус ловиями, при
эт ом реализую т с я различные мет од ы.
       Ес ли зад ан инт ервал, на к от ором пред варит ель но лок ализован к орень , т о
ис поль зует с я ф унк ция с 4 аргумент ами: root [f(x),x,a,b], гд е f(x) -
рас с мат риваемая ф унк ция, x - её аргумент ,           a, b - нижняя и верх няя
границы инт ервала поис к а. При ис поль зовании ф унк ции в т ак ой ф орме
реш ение производ ит с я мет од ом половинного д еле ния.
       Ес ли извес т на т очк а началь ного приближения х 0, т о перед вызовом
ф унк ции root аргумент у х прис ваивает с я значение х 0, а ф унк ция имеет д ва
аргумент а: root [f(x),x] . Вэт ом с лучае применяет с я мет од с ек ущ их .
       Д ля опред еления к орней полинома              в MathCAD 2001 с ущ ес т вует
с пециаль ная ф унк ция polyroots(v), гд е: v - век т ор к оэф ф ициент ов полинома.
Ф унк ция позволяет опред елит ь вс е к орни полинома.
        Применение с т анд арт ных ф унк ций            MathCAD 2001 к реш ению
уравнений пок азано на рис . 4.1.
       При опред елении к орня алгебраичес к ого уравнения возможно т ак же
ис поль зование блок а Given и ф унк ции find(x) и minerr (пос лед няя ф унк ция
ис поль зует с я д ля приближё нного реш ения уравнений) [7]. В эт ом с лучае
перед с лужебным с ловом Given переменной прис ваивает с я значение
началь ного приближения, пос ле            с лова Given запис ывает с я уравнение с
ис поль зованием знак а логичес к ого равенс т ва, зад аю т с я ограничения. Зат ем
д ля опред еления к орня вызывает с я ф унк ция find(x), д ля приближенного
нах ожд ения к орня – minerr(x)[7 ].
       Рас с мот рим примеры прик лад ных зад ач, реш ение к от орых т ребует
   ис поль зования чис ленных мет од ов поис к а к орне й нелинейных уравнений.
       П ример 4.1.
       Ст абилит рон вк лю чё н в цепь рис . 4.2. Сопрот ивление ограничит ель ного
резис т ора R = 240 О м. Н апряжение ис т очник а пит ания E = - 15 В,
нес т абиль нос т ь напряже ния 1 В. Рас с чит ат ь к оэф ф ициент с т абилизации,
ес ли воль т -амперная х арак т ерис т ик а с т абилит рона зад ана т аблицей 4.1.

                                                                          Таблица 4.1

   -U, B        1         5           7          9.8        10         10.2       10.5

   I, мA        0         0          0.1         1          12          24         25



     Д ля рас чё т а к оэф ф ициент а с т абилизации, опред елё нного с оглас но [11]
к ак от нош ение нормированных на с вои с ред ние значения изменений
напряжения пит ания и с т абилизации, необх од имо рас с чит ат ь значения UMIN,
UO , UMAX, с оот вет с т вую щ ие минималь ному, эт алонном у (с ред нему) и