Sayısal Entegrasyon – Tez Hazırlatma – Tez Yaptırma – Tez Yaptırma Fiyatları – Tez Örnekleri – Ücretli Tez Yazdırma – Tez Yaptırma Ücreti

Sayısal Entegrasyon

Belirli bir algoritma için sayısal bir entegrasyon yöntemi oluşturmak için, onu sistemi oluşturan denklemlerin her birine uygulamak yeterlidir. Spesifik bir örnek olarak, dördüncü dereceden bir Runge-Kutta algoritmasını denklemle verildiği gibi ele alalım ve bunu iki denklemli bir sisteme uygulayalım.

A(yn ) vektörü, bağımlı değişkenler yi,n ve xn’nin fonksiyonları olan, ancak tümü yalnızca gi(x, yr ) ile değişen aynı genel forma sahip olan öğelerden oluşur. n’inci dereceden bir diferansiyel denklem her zaman n adet birinci dereceden diferansiyel denklem sistemine indirgenebileceğinden, ikinci dereceden bir diferansiyel denklemi çözmek için denklem formunun bir ifadesi kullanılabilir.

Birleşik diferansiyel denklem sistemlerinin varlığı, benzersiz bir çözüm belirtmek için gereken entegrasyon sabitlerinin hepsinin aynı yerde verilmemesi gibi ilginç bir olasılığı kabul eder. Bu nedenle, entegrasyona başlamak için tam bir yi,0 iltifatımız yoktur.

Bu tür problemlere sınır değer problemleri denir. Sınır değer problemlerinin kapsamlı bir tartışması bu çalışmanın kapsamının çok ötesindedir, fakat biz daha basit olan lineer iki noktalı sınır değer problemlerini inceleyeceğiz.

Sınır değer problemlerinin bu alt sınıfı, bilimde oldukça yaygındır ve son derece iyi çalışılmıştır. İntegrasyon sabitlerinin bir kısmının x0 bir konumunda ve geri kalanının bağımsız değişken xn’nin başka bir değerinde belirtildiği bir lineer diferansiyel denklemler sisteminden (yani yalnızca birinci dereceden diferansiyel denklemler) oluşur.

Bu noktalar problemin sınırları olarak bilinir ve problemin çözümünü bu sınırlar içerisinde ararız. Açıkçası, sınırlardaki çözüm standart bir sayısal entegrasyon için başlangıç değerleri olarak hizmet edebileceğinden, çözüm sınırların ötesine genişletilebilir.

Bu tür problemlere genel yaklaşım, sisteme herhangi bir çözümün bir dizi temelin doğrusal bir kombinasyonu olarak ifade edilebileceğini garanti eden denklemlerin doğrusallığından yararlanmaktır. Bir dizi temel çözüm, basitçe doğrusal olarak bağımsız olan bir dizi çözümdür.

Bağımlı değişkenlerin k değerlerinin şu noktada belirtildiği m adet doğrusal birinci dereceden diferansiyel denklem kümesini ele alalım. Kalan bağımlı değişkenlere karşılık gelen x0 ve (m-k) değerleri xn’de belirtilir.

(m-k) başlangıç değer problemlerini x0’dan başlayarak ve (m-k) bağımsız, eksik başlangıç değerleri kümelerini belirterek çözebiliriz. Doğrusal olarak bağımsız deneme başlangıç değerlerinin başlangıç kümelerinden belirlenebileceğini bildiğimiz, x0’daki eksik başlangıç değerleri kümesini r(0) y (x0) ile gösterelim.

Runge-Kutta gibi tek adımlı bir yöntem kullanılırsa, tüm bu işlemi bir sistemin diğer sınırındaki değerler cinsinden bir sınırdaki tüm sınır koşullarını temsil edebildiği noktaya kadar daraltmak mümkündür.

Matris B, sınır değerlerine değil, yalnızca entegrasyon şemasının ayrıntılarına ve denklemlerin işlevsel biçimine bağlı olacaktır. Bu nedenle, herhangi bir sınır değer kümesi için hesaplanabilir ve yalnızca sınırdaki değerlerde farklılık gösteren problemler için tekrar tekrar kullanılabilir.

Nümerik Analiz PDF
Nümerik Analiz Ders Notları
Nümerik analiz Nedir
SAYISAL YÖNTEMLER
Numerical integration methods
Sayısal türev
Simpson Kuralı Soru çözümü
Trapezoidal kuralı

Diferansiyel denklem sistemlerinin veya sınır değer problemlerinin çözüm yöntemlerini göstermek için, daha önceki örneklerde kullandığımız birinci dereceden denklemden daha fazlasına ihtiyacımız olacak. Bununla birlikte, çeşitli sayısal yöntemlerin eksikliklerini vurgulayan, hızla artan bir çözümü olduğundan, bu denklem oldukça açıklayıcıydı. Böylece çözümü tutacağız ama denklemi değiştireceğiz. Basitçe denklemi ayırt edin.

Bu, kapalı form çözümünün denklemle aynı olmasını sağlar, böylece bu sorunu çözmenin sonuçlarını daha önceki yöntemlerle karşılaştırabiliriz. İntegrasyon sabitlerinin yerlerini ayırmanın yanı sıra diferansiyel denklemin sırasını artırarak sorunu daha da zorlaştırdığımız için çözümün bu kadar doğru olmasını beklememeliyiz.

Çözüm değeri x = 0’da verildiğinden, türev üzerindeki diğer kısıtlama x = 1’de belirtildiğinden bu artık bir başlangıç değer problemi değildir. Bu, klasik iki noktalı sınır değer probleminin tipik bir örneğidir.

Bu örneği, bu bölümün başında verilen yüksek mertebeden diferansiyel denklemleri çözme yöntemini belirtmek için de kullanabiliriz. Bu denklemleri göz önünde bulundurarak, denklemi birinci dereceden denklem sistemi ile değiştirelim.

Çözüm vektörü y’nin bileşenleri sadece aradığımız çözüm (yani) ve onun türevidir. Bununla birlikte, denklemin formu (5.1.75) doğrusal formunu vurgular ve skaler bir denklem olsaydı, nasıl ilerleyeceğimizi bilmeliyiz.

Açıklama amacıyla, verilen dördüncü dereceden Runge-Kutta şemasını uygulayalım. Burada, problemimizin doğrusal doğasından ve bağımsız değişken faktörlerine sağ taraftan bağımlılığın özel avantajlarından yararlanabiliriz.

Burada, diferansiyel denklemin doğrusallığının, n. adımdaki çözümün formülden çıkarılmasına izin verdiğini ve böylece n. adımdaki çözümün formülde açıkça göründüğünü görüyoruz.

Gerçekten de denklem, adım n’deki çözüm açısından (n+1) adımındaki çözüm için h cinsinden bir kuvvet serisini temsil eder. Fi fonksiyonlarının birbirini çarpma sırasına dikkat ettiğimiz için, denklemi doğrudan denkleme uygulayabilir ve şu forma sahip doğrusal birinci mertebeden diferansiyel denklem sistemleri için benzer bir formül elde edebiliriz.

Denklem gibi, denklemi, adım n’deki çözüm açısından adım n+1’deki çözüm için bir doğrusal denklemler sistemi veren h cinsinden bir seri çözüm olarak kabul edebiliriz. hk mertebesinin çeşitli terimlerinin katsayılarının, eşit aralıklı kareleme formülleri için geliştirilenlere benzer olduğunu belirtmekte fayda var.

Örneğin, birim matris olan ana terim yamuk kuralının katsayılarını üretirken, ikinci terimin h(+1, +4, +1)/6 katsayıları Simpson kuralının tanıdık ilerleme özelliğidir. Formüldeki daha yüksek dereceli terimler, az belirlenmiş Runge-Kutta formülünde seçilen parametrelere bağlı olduklarından daha az tanınırlar.

Sınır değer problemi şimdi, ilgili sınırlarda bilinen değerlerin belirtildiği denklem tarafından belirtilen doğrusal denklem sistemini çözmeye indirgenmiştir. Denklemde verilen değerler kullanılarak, eksik sınır değerleri için lineer denklemler elde edilir.

Bunlardan ilki, x = 0’daki eksik çözüm değerini verir. Bu değer ile kalan değer ikinci denklemden elde edilebilir. Ek sipariş koşulları hk dahil olmak üzere bu çözümlerin sonuçları verilmiştir.

h’yi mantıksız bir şekilde büyük olan birlik olarak aldık, ancak daha yüksek mertebeden terimleri dahil etmenin göreli doğruluğunu göstermeye hizmet ediyor ve aritmetiği basitleştiriyor. Kayıp değerler y2(0) ve y1(1) (yani ortadaki iki sıra) için sonuçlar, k = ∞ etiketli sütunda verilen analitik değerlerine doğru yavaş yavaş ve düzgün olmayan bir şekilde yakınsar.

akademi222 takımı

Biyografinin Tamamını Gör