Главная » Просмотр файлов » Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009)

Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009) (1135239), страница 8

Файл №1135239 Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009) (Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009)) 8 страницаН.И. Ионкин - Электронные лекции (2009) (1135239) страница 82019-05-12СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Åñëè S(x) óäîâëåòâîðÿåò óñëîâèþ Ëèïøèöà ñ 0 < q < 1íàUa (x∗ )è|x − x0 | < a,òî ìåòîä ïðîñòîé èòåðàöèè (4) ðåøåíèÿ óðàâ-íåíèÿ (1) ñõîäèòñÿ, ïðè÷åì ñî ñêîðîñòüþ ãåîìåòðè÷åñêîé ïðîãðåññèèñî çíàìåíàòåëåì q.Äîêàçàòåëüñòâî. Ïî ïîñòðîåíèþ|x0 − x∗ | < a,çíà÷èò|xn+1 − x∗ | = |S(xn ) − S(x∗ )| ≤ q|xn − x∗ | ⇒|xn − x∗ | ≤ q n alimn→∞ qn = 0,òàê êàê0 < q < 1.Ñëåäîâàòåëüíî, ìåòîä ñõîäèòñÿ, ïðè÷åì ñî ñêîðîñòüþ ãåîìåòðè÷åñêîéïðîãðåññè ñî çíàìåíàòåëåì q.Çàìå÷àíèå. Åñëè S(x) äèôôåðåíöèðóåìà íà Ua (x∗ ), òî q = supx∈Ua (x∗ ) |S 0 (x)|Çàìå÷àíèå.

Ïóñòü f(x) äèôôåðåíöèðóåìà, f 0 (x) > 0 íà Ua (x∗ ) è ∃M1 =supx∈Ua (x∗ ) |f 0 (x)|Òîãäà çàïèøåì ìåòîä ïðîñòîé èòåðàöèè â âèäå:xn+1 − xn+ f (xn ) = 0,τxn+1 = S(xn ),τ >0S(x) = x − τ f (x)∃S 0 (x) = 1 − τ f 0 (x) íà Ua (x∗ ). Äëÿ ñõîäèìîñòè ìåòîäà20íåîáõîäèìî, ÷òîáû q = supx∈Ua (x∗ ) |1−τ f (x)| < 1, ò.å.

÷òîáû 0 < τ < M1Ñëåäîâàòåëüíî,Ìåòîä Íüþòîíà è ìåòîä ñåêóùèõ73Ìåòîä Ýéòêåíà (óñêîðåíèå ñõîäèìîñòè)Ìåòîä Ýéòêåíà íå ÿâëÿåòñÿ òåîðåòè÷åñêè îáîñíîâàííûì, íî ïðè ïðèáëèæåííûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ ïîçâîëÿÿåò óâåëè÷èòü ñêîðîñòü ñõîäèìîñòè.Ïóñòüxn − x∗ ' Aq n ,ãäå A è q - íåêîòîðûå êîíñòàíòû. Òîãäà:xn−1 − x∗ = Aq n−1xn − x∗ = Aq nxn+1 − x∗ = Aq n+1ñëåäîâàòåëüíî,(xn+1 − xn )2 = A2 q 2n (q − 1)2(xn+1 − 2xn + xn−1 ) = Aq n−1 (q − 1)2Îòêóäà ïîëó÷àåì:(xn+1 − xn )2= Aq n+1 = xn+1 − x∗xn+1 − 2xn + xn−1Ñòàëî áûòü:x∗ ' xn+1 −(xn+1 − xn )2xn+1 − 2xn + xn−1Èç-çà íåòî÷íîñòè â êà÷åñòâå ñëåäóþùåé èòåðàöèè ìû äîëæíû âçÿòüçíà÷åíèå, áëèçêîå êŸ3x∗Ìåòîä Íüþòîíà è ìåòîä ñåêóùèõÌû ðåøàåì óðàâíåíèåf (x) = 0Ïóñòü êîðåíü ëîêàëèçîâàí íà0f (x) 6= 0(1)Ua (x∗ ), f (x) ∈ C 1 (Ua (x∗ )),ïðè ýòîìUa (x∗ ).f (x∗ ) ïî Òåéëîðó:íàÐàçëîæèì0 = f (x∗ ) = f (x) + f 0 (x)(x∗ − x) + o(x∗ − x) ≈ f (x) + f 0 (x)(x∗ − x)Ïîëîæèì â ýòîé ôîðìóëåx = xn , x∗ = xn+1 ,òîãäà ïîëó÷èì:Ìåòîä Íüþòîíà è ìåòîä ñåêóùèõxn+1 = xn −Âçÿâx0 ∈ Ua (x∗ ),74f (xn )f 0 (xn )ïîëó÷àåì ìåòîä Íüþòîíà:xn+1 = xn −f (xn ), n = 0, 1, 2, .

. .f 0 (xn )Íà êàæäîé èòåðàöèè ñ÷èòàòü ïðîèçâîäíóþ çàòðàòíî, â òî æå âðåìÿíà íåáîëüøîì èíòåðâàëå îíà, êàê ïðàâèëî, ìåíÿåòñÿ íå ñèëüíî. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðîèçâîäíóþ, îäèí ðàç âû÷èñëåííóþ íàïåðâîé èòåðàöèè. Ïîëó÷àåì ìîäèôèöèðîâàííûé ìåòîä Íüþòîíà:xn+1 = xn −f (xn ), n = 0, 1, 2, . . . ; x0 ∈ Ua (x∗ )f 0 (x0 )Ìîäèôèöèðîâàííûé ìåòîä Íüþòîíà ñõîäèòñÿ ìåäëåííåå îáû÷íîãîìåòîäà Íüþòîíà, íî áûñòðåå ìåòîäà ïðîñòîé èòåðàöèè.Ìåòîä Íüþòîíà äëÿ ñèñòåìû óðàâíåíèéÐàññìîòðèì ñèñòåìó:(f1 (x1 , x2 ) = 0,f2 (x1 , x2 ) = 0,Ïóñòü(x∗1 , x∗2 )- åå ðåøåíèå.

Ðàçëîæèìf1(2)èf2â îêðåñòíîñòè êîðíÿ:0 = f1 (x∗1 , x∗2 ) = f1 (x1 , x2 ) +∂f1 (x1 , x2 ) ∗∂f1 (x1 , x2 ) ∗(x1 − x1 ) +(x2 − x2 ) + . . .∂x1∂x20 = f2 (x∗1 , x∗2 ) = f2 (x1 , x2 ) +∂f2 (x1 , x2 ) ∗∂f2 (x1 , x2 ) ∗(x1 − x1 ) +(x2 − x2 ) + . . .∂x1∂x2Çàìåíÿÿxiíàf1 (xn1 , xn2 ) +xnièx∗iíàxn+1,iïîëó÷èì:∂f1 (xn1 , xn2 ) n+1∂f1 (xn1 , xn2 ) n+1(x1 − xn1 ) +(x2 − xn2 ) = 0∂x1∂x2Ìåòîä Íüþòîíà è ìåòîä ñåêóùèõf2 (xn1 , xn2 ) +Îáîçíà÷èì75∂f2 (xn1 , xn2 ) n+1∂f2 (xn1 , xn2 ) n+1(x1 − xn1 ) +(x2 − xn2 ) = 0∂x1∂x2xn = (xn1 , xn2 )T , f n = (f1n , f2n )T ,"n nI(xn ) =∂f1 (x1 ,x2 )∂x1n∂f2 (xn1 ,x2 )∂x1à òàêæån∂f1 (xn1 ,x2 )∂x2n∂f2 (xn1 ,x2 )∂x2#(3)Òîãäà óðàâíåíèå ìîæíî çàïèñàòü â âèäå:f (xn ) + I(xn )(xn+1 − xn ) = 0Åñëè∀n ∃I −1 (xn ),(4)òîxn+1 = xn − I −1 (xn )f (xn ), n = 0, 1, 2, .

. . ;x0 çàäàíî(5)Çàìå÷àíèå. Ñ÷èòàòü I −1 (xn ) íå î÷åíü óäîáíî, ïîýòîìó îáû÷íî ââîäÿòïîãðåøíîñòüv n+1 = xn+1 − xnè ðåøàþò íà êàæäîé èòåðàöèè óðàâíåíèå:I(xn )v n+1 = −f (xn )Çàìå÷àíèå.  ñëó÷àå ñèñòåìû ìîæíî ïðèìåíèòü ìîäèôèöèðîâàííûéìåòîä Íüþòîíà:xn+1 = xn − I −1 (x0 )f (xn )Íî â ýòîì ñëó÷àå ñêîðîñòü ñõîäèìîñòè áóäåò çíà÷èòåëüíî ìåíüøå.Åñëè äàíà ñèñòåìà èç m óðàâíåíèé:f1 (x1 , .

. . , xm ) = 0,f (x , . . . , x ) = 0,2 1m...fm (x1 , . . . , xm ) = 0,òî òàêæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü ìåòîä Íüþòîíà, â ýòîì ñëó÷àåI(xn )ij =∂fi (xn ),∂xji, j = 1, mÑèñòåìà â ýòîì ñëó÷àå èìååò òîò æå âèä:f (xn ) + I(xn )(xn+1 − xn ) = 0Ñõîäèìîñòü ìåòîäà Íüþòîíà è îöåíêà ñõîäèìîñòè76Ìåòîä ñåêóùèõÇàïèøåì ìåòîä Íüþòîíà:xn+1 = xn −Çàìåíèì â íåìf (xn ),f 0 (xn )f 0 (xn )íàx0 ∈ Ua (x∗ ),n = 0, 1, 2, . . . .f (xn )−f (xn−1 ).xn −xn−1Ïîëó÷èìxn+1 = xn −xn − xn−1f (xn )f (xn ) − f (xn−1 )(6)Ïîñêîëüêó â çàïèñè äàííîãî ìåòîäà ó÷àâñòâóþò òðè ïîñëåäîâàòåëün+1íûå èòåðàöèè (x, xn è xn−1 ), òî îí íàçûâàåòñÿ äâóõøàãîâûì ìåòîäîì.Äëÿ òîãî, ÷òîáû âîñïîëüçîâàòüñÿ èì, òðåáóåòñÿ çàäàòü äâà íà÷àëüíûõ01ïðèáëèæåíèÿ (x è x ).

Èõ ìîæíî ïîëó÷èòü ìåòîäîì ïðîñòîé èòåðàöèèèëè ìåòîäîì Íüþòîíà.Çàìåòèì, ÷òî, èñïîëüçóÿ ìåòîä ñåêóùèõ, ìû ïîëó÷àåìùè èíòåðïëÿöèè ôóíêöèèxn+1ïðè ïîìî-fïîëèíîìîì ïåðâîé ñòåïåíè (ëèíåéíîé ôóíênn−1öèåé), èñïîëüçóÿ åå çíà÷åíèå â óçëàõ x è x.Ÿ4Ñõîäèìîñòü ìåòîäà Íüþòîíà è îöåíêà ñõîäèìîñòèÐàññàìòðèâàåòñÿ íåëèíåéíîå óðàâíåíèåf (x) = 0.(1)Çàïèøåì äëÿ íåãî ìåòîä Íüþòîíà:xn+1f (xn )=x − 0 n ,f (x )nn = 0, 1, . . . ;x0 ∈ Ua (x∗ ).Çàïèøåì ýòî ìåòîä â áîëåå îáùåì âèäå:xn+1 = S(xn ),ÒîãäàãäåS(x) = x −f (x).f 0 (x)(f 0 (x))2 − f (x)f 00 (x)f (x)f 00 (x)S (x) = 1 −=.(f 0 (x))2(f 0 (x))20(2)Ñõîäèìîñòü ìåòîäà Íüþòîíà è îöåíêà ñõîäèìîñòèS 0 (x∗ ) = 0.zn = xn − x∗ ïîãðåøíîñòü.77Çàìåòèì, ÷òîÏóñòüÒîãäàz n+1 = xn+1 − x∗ = S(xn ) − S(x∗ ) = S(zn + x∗ ) − S(x∗ ).Âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé Òåéëîðà ñ îñòàòî÷íûì ÷ëåíîì â ôîðìå Ëàãðàíæà:11z n+1 = S(x∗ ) + S 0 (x∗ )zn + S 00 (x̃n )zn2 − S(x∗ ) = S 00 (x̃n )zn2 ,22ãäåx̃n = xn + θzn , |θ| < 1.Ïóñòü ∃M > 0 òàêîå, ÷òî1 00|S (x)| ≤ M,2x ∈ Ua (x∗ ).(3)Òîãäà|zn+1 | ≤ M |zn |2 ,M |zn+1 | ≤ (M |zn |)2 .Ïðèìåíèì ýòî íåðàâåíñòâî ðåêóðñèâíî, ïîëó÷èìnM |zn | ≤ (M |z0 |)2 ,1n(M |z0 |)2 .Mn → ∞ ïîëó÷àåì |zn | → 0 ⇒ xn → x∗ .|zn | ≤ÅñëèM |z0 | < 1,òî ïðèÒàêèì îáðàçîì, äëÿ ñõîäèìîñòè äàííîãî ìåòîäà äîñòàòî÷íî ïîòðåáîâàòü1.M(4)1n(M |x0 − x∗ |)2 .M(5)|z0 | = |x0 − x∗ | ≤Äëÿznèìååì îöåíêó|zn | = |xn − x∗ | ≤Ìû äîêàçàëè ñëåäóþùóþ òåîðåìó.Ñõîäèìîñòü ìåòîäà Íüþòîíà è îöåíêà ñõîäèìîñòèÒåîðåìà∃M > 078(îá îöåíêå ñêîðîñòè ñõîäèìîñòè ìåòîäà Íüþòîíà).

Ïóñòüòàêîå, ÷òî0 1 f (x)f 0 (x) ≤M2 (f 0 (x))2 |x0 − x∗ | ≤∀x ∈ Ua (x∗ ),1.MÒîãäà ìåòîä Íüþòîíà ñõîäèòñÿ è èìååò ìåñòî îöåíêà|xn − x∗ | ≤1n(M |x0 − x∗ |)2 .MÇàìå÷àíèå. Åñëè ìåòîä Íüþòîíà ñõîäèòñÿ, òî îí ñõîäèòñÿ î÷åíüáûñòðî.Çàìå÷àíèå. Íà÷àëüíîå ïðèáëèæåíèå äîëæíî áûòü áëèçêî ê êîðíþ (âñîîòâåòñòâèè ñ óñëîâèåì (4)).Íàïîìíèì, ÷òî ìîäèôèöèðîâàííûé ìåòîä Íüþòîíà èìååò âèä:xn+1 = xn −Äëÿ ýòîãî ìåòîäàS(x)f (xn ).f 0 (x0 )èìååò âèäS(x) = x −f (x).f 0 (x0 )Äëÿ ýòîãî ìåòîäà àíàëîãè÷íîå óòâåðæäåíèå íå èìååò ìåñòî, èáî0â îáùåì ñëó÷àå.S 0 (x∗ ) 6=Ãëàâà IVÐàçíîñòíûå ìåòîäû ðåøåíèÿçàäà÷ ìàòåìàòè÷åñêîé ôèçèêèŸ1Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòèÐàññìîòðèì îáëàñòüD = {(x, y) ∈ R2 : 0 < x < 1, 0 < t ≤ T } (Tçàäàííîå ïîëîæèòåëüíîå ÷èñëî).Çàïèøåì ïåðâóþ êðàåâóþ çàäà÷ó äëÿ óðàâíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè âýòîé îáëàñòè:∂ 2u∂u= 2 + f (x, t), (x, t) ∈ D,∂t∂t(u(0, t) = µ1 (t),u(1, t) = µ2 (t),êðàåâûå óñëîâèÿ:(1)(2)íà÷àëüíîå óñëîâèå:u(x, 0) = u0 (x).Ââåäåì ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ:ωh = {xi = ih, i = 1, .

. . , N − 1, hN = 1},ω h = {xi = ih, i = 0, . . . , N, hN = 1},ωτ = {tj = jτ, j = 1, . . . , j0 , τ j0 = T },ω τ = {tj = jτ, j = 0, . . . , j0 , τ j0 = T },79(3)Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè80ωτ h = ωτ × ωh ,ωτ h = ωτ × ωh,uni = u(xi , tn ),fin = f (xi , tn ).ω∗ω ∗ íàçûâàþòñÿ ñåòêàìè, ýëåìåíòû ýòèõ ìíîæåñòâ óçëàìè. Çíà÷åíèÿ τ è h íàçûâàþòñÿ øàãàìè ñåòêè.

Âíóòðåííèìè óçëàìèíàçîâåì óçëû ñåòêè ωτ h .Áóäåì îáîçíà÷àòü ÷èñëåííîå ðåøåíèå ïîñòàâëåííîé çàäà÷è ÷åðåç y(x, t).ÌíîæåñòâàèÏóñòüyin = y(xi , tn ).ßâíàÿ ðàçíîñòíàÿ ñõåìàÇàïèøåì ðàññìàòðèâàåìóþ çàäà÷ó:∂ 2u∂u= 2 + f (x, t),∂t∂t0 < x < 1,0 < t ≤ T,(4)êðàåâûå óñëîâèÿ:(u(0, t) = µ1 (t),u(1, t) = µ2 (t),(5)íà÷àëüíîå óñëîâèå:u(x, 0) = u0 (x).(6)Ðàçíîñòíûé àíàëîã çàäà÷è (4) (6) èìååò âèä:ny n − 2yin + yi+1yin+1 − yin= i−1+ f (xi , tn ),τh2(y0n+1 = µ1 (tn+1 ),n+1yN= µ2 (tn+1 ),yi0 = u0 (xi ),Ìíîæåñòâî óçëîâ(xi , tn ) ∈ ωτ h ,tn+1 ∈ ω τ ,tn+1 ∈ ω τ ,(8)xi ∈ ω h .{(xi , tn ), i = 0, .

. . , N }íàçûâàåòñÿ(9)n-ìñëîåì.Ïðè èçó÷åíèè ðàçíîñòíûõ ñõåì âîçíèêàþò ñëåäóþùèå âîïðîñû:1. Ñóùåñòâîâàíèå è åäèíñòâåííîñòü ðåøåíèÿ(7)Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè812. Ïîãðåøíîñòü àïïðîêñèìàöèè ðàçíîñòíîé ñõåìû3. Àëãîðèòì íàõîæäåíèÿ ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ4. Èññëåäîâàíèå óñòîé÷èâîñòè ðàçíîñòíîé ñõåìû5. Îöåíêà ñêîðîñòè ñõîäèìîñòè ðàçíîñòíîé ñõåìûÎòâåòèì íà âîïðîñû 1 è 3 äëÿ ÿâíîé ðàçíîñòíîé ñõåìû. Ïåðåïèøåì(7) â âèäåyin+1 = yin +Çíà÷åíèÿy(8). Çíà÷åíèÿτ nn(yi−1 − 2yin + yi+1) + τ fin ,2hâ ãðàíè÷íûõ óçëàõ (iyn = 0ïðèi = 1, . . . , N − 1.= 0, i = N )(10)çàäàíû ôîðìóëàìè ôîðìóëîé (9).

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
755,4 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов лекций

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6309
Авторов
на СтудИзбе
313
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее