Аннотация 2
Введение 5
Глава 1. Анализ численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений 7
1.1 Основные понятия теории обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка 7
1.2 Метод Эйлера 13
1.3 Метод Рунге-Кутты 4-го порядка 15
1.4 Метод Адамса 18
Глава 2 Анализ алгоритмов решения задачи Коши для некоторых типов обыкновенных дифференциальных уравнений 25
2.1 Анализ численного метода Эйлера для решения обыкновенного дифференциального уравнения 25
2.2 Анализ численного метода Рунге-Кутты для решения обыкновенного дифференциального уравнения 29
2.3 Анализ численного метода Адамса для решения обыкновенного дифференциального уравнения 32
Глава 3. Реализация и тестирование алгоритмов решения задачи Коши 34
3.1 Разработка программы 34
3.2 Сравнительный анализ полученных результатов 36
Заключение 39
Список используемой литературы 41
Приложение А Листинг программы, реализующей метод Эйлера 43
«Дифференциальное уравнение - это такое уравнение, в составе которого есть функции производных, а также, входит сама функция, независимые переменные и параметры» [17].
Для математического описания природных явлений применяются дифференциальные уравнения [1].
Задача Коши - это самая основная задача для решения уравнений с частными производными и для решения обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ).
Смысл задачи состоит в нахождении решения дифференциального уравнения, удовлетворяющего начальным условиям.
Чтобы решить задачу Коши для типичного ОДУ, необходимо выяснить числовое значение зависимой переменной, при уже вычисленном значении независимой переменной, а если требуется решить ОДУ высших порядков, тогда, также, необходимо вычислить значения производных при определенном значении независимой переменной.
«Объектом исследования бакалаврской работы является задача Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений.
Предметом исследования бакалаврской работы является решение задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений.
Цель бакалаврской работы - исследование численных методов и алгоритмов решения задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений» [6].
Чтобы успешно достигнуть вышеупомянутую и основную цель данной работы, требуется выполнить следующие задания:
- сделать анализ методов решения задачи Коши для некоторых типов обыкновенных дифференциальных уравнений;
• сделать анализ алгоритмов решения задачи Коши для некоторых типов обыкновенных дифференциальных уравнений;
• реализовать и протестировать алгоритмы решения задачи Коши методами Эйлера, Рунге - Кутта, Адамса.
Практическая значимость бакалаврской работы заключается в разработке программы, реализующей алгоритмы решения задачи Коши методами Эйлера, Рунге - Кутта, Адамса.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.
«В первой главе рассматриваются основы теории ОДУ первого порядка, суть задачи Коши и различные методы решения задачи Коши для ДУ: одношаговые методы Рунге-Кутта и Эйлера и многошаговые методы Адамса.
Во второй главе проведен анализ алгоритмов решения задачи Коши для некоторых типов обыкновенных дифференциальных уравнений.
В третьей главе выполнена реализация программы и проведено тестовое решение задачи Коши для каждого заданного дифференциального уравнения тремя методами, а также выполнен сравнительный анализ полученных результатов» [17].
В заключении описываются результаты выполнения выпускной квалификационной работы.
Бакалаврская работа состоит из 43 страниц текста, 10 рисунков, 6 таблиц и 25 источников.
Выпускная квалификационная работа посвящена актуальной проблеме исследования численных методов решения задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений.
Неизвестная связь между производными и функцией, является дифференциальным уравнением. Такие связи присутствуют в самых разных областях науки: в физике, химии, экономики, биологии, механики и др.
Дифференциальные уравнения применяются для математического описания природных явлений.
Для достижения всех поставленных целей в процессе работы над бакалаврской работой решены следующие задачи:
- выполнен анализ численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений, сформулированы общие термины и теория задачи Коши, проанализированы методы Эйлера, метод Рунге-Кутты и метод Адамса для решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Сравнительный анализ показал, самым точным на графике является метод Адамса, однако с точки зрении простоты реализации, предпочтительнее использовать метод Эйлера;
- проанализированы численные методы решения задачи Коши для некоторых типов обыкновенных дифференциальных уравнений методы Эйлера, метод Рунге-Кутты и метод Адамса. Приведены блок-схемы и описание алгоритмов;
- реализованы и протестированы алгоритмы решения задачи Коши методами Эйлера, Рунге - Кутта, Адамса для трех задач на языке программирования C++.
Практическая значимость бакалаврской работы заключается в разработке программ, использующих метод Эйлера, Рунге- Кутта, Адамса для обыкновенных дифференциальных уравнений.
Результаты бакалаврской работы представляют научно-практический интерес и могут быть рекомендованы для численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений.
Изначально, перед нами, были поставлены следующие задачи: изучить научно- методическую литературу, проанализировать алгоритмы решения задачи Коши для некоторых типов дифференциальных уравнений, реализовать и протестировать алгоритмы решения задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений тремя методами: Эйлера, Рунге- Кутта и Адамса.
Все задачи были решены.
Можно сделать главный вывод, исходя из проведенных вычислений методами Эйлера, Рунге- Кутта и Адамса: для обыкновенного дифференциального уравнения, чаще всего, наиболее точное решение позволяет получить метод Адамса.
1. Вержбицкий В. М. Численные методы. Математический анализ и
обыкновенные дифференциальные уравнения : учебное пособие. М.: ОНИКС
21 век, 2005. 400 с.
2. Григорьев М.П. Обыкновенные дифференциальные уравнения в
примерах и задачах. М.: Вузовская книга, 2008. - 248 c.
3. Гулин А.В. Введение в численные методы в задачах и упражнениях:
Учебное пособие / А.В. Гулин, В.А. Морозова, О.С. Мажорова. М.: Инфра-М,
2017. 432 c.
4. Демидович Б. П. Основы вычислительной математики: учебное
пособие для вузов / Б. П. Демидович, И. А. Марон. М.: Лань, 2006. 672 с.
5. Ерохин Б.Т. Численные методы: Учебное пособие. СПб.: Лань КПТ,
2016. 256 c.
6. Зализняк В.Е. Численные методы. Основы научных вычислений:
Учебное пособие для бакалавров. М.: Юрайт, 2012. - 356 c.
7. Ким И. Г. Численные методы: учебно-методическое пособие. Ч. 2. /
И. Г. Ким, Н. В. Латыпова, О. Л. Моторина. Ижевск: Изд-во «Удмуртский
университет», 2013. -64 с.
8. Козловский В. Численные методы. Курс лекций: Учебное пособие /
В. Козловский, Э. Козловская, Н. Савруков. СПб.: Лань П, 2016. 208 c.
9. Копченова Н. В. Вычислительная математика в примерах и задачах :
учебное пособие для вузов / Н. В. Копченова, И. А. Марон. М.: Лань, 2009. 368
с.
10. Лапчик М. П. Численные методы : учебное пособие для вузов / М. П.
Лапчик, М. И. Рагулина, Е. К. Хеннер. М.: Академия, 2005. 384 с.
11. Маничев В.Б. Численные методы. Достоверное и точное численное
решение дифференциальных и алгебраических уравнений в CAE-системах
САПР: Учебное пособие / В.Б. Маничев, В.В. Глазкова, И.А. Кузьмина. - М.:
Инфра-М, 2019. 158 c.
12. Михеев С. Е. Численные методы : учебное пособие. СПб.: СПбГУ,
2013. 93 с.
13. Молчанова Л. А. Разностные методы решения дифференциальных
уравнений : учебное пособие. Владивосток: Изд- во Дальневост. ун-та, 2008.
68 с.
14. Мышенков В.И. Численные методы. Ч. 2. Численное решение
обыкновенных дифференциальных уравнений : учебное пособие / В. И.
Мышенков, Е. В. Мышенков. М.: МГУЛ, 2005. 109 с.
15. Павловская, Т.А. С/ С++. Программирование на языке высокого
уровня. СПб.: Питер, 2011. 461 с.
...