Zmiany w stosunku do poprzedniego wydania...9 Przedmowa...11 Rozdział 1. Definicje typów, procedur, funkcji i klas dla zagadnień numerycznych...

Podobne dokumenty
Algorytmy numeryczne w Delphi. Ksiêga eksperta

9. WYBRANE ZAGADNIENIA DYNAMIKI KONSTRUKCJI

gdzie E jest energią całkowitą cząstki. Postać równania Schrödingera dla stanu stacjonarnego Wprowadźmy do lewej i prawej strony równania Schrödingera

BADANIE WYBRANYCH STRUKTUR NIEZAWODNOŚCIOWYCH

E2. BADANIE OBWODÓW PRĄDU PRZEMIENNEGO

Proces stochastyczny jako funkcja dwóch zmiennych. i niepusty podzbiór zbioru liczb rzeczywistych T. Proces stochastyczny jest to funkcja

L6 - Obwody nieliniowe i optymalizacja obwodów

PROBLEM ODWROTNY DLA RÓWNANIA PARABOLICZNEGO W PRZESTRZENI NIESKOŃCZENIE WYMIAROWEJ THE INVERSE PARABOLIC PROBLEM IN THE INFINITE DIMENSIONAL SPACE

Kier. MTR Programowanie w MATLABie Laboratorium

BADANIE WYBRANYCH STRUKTUR NIEZAWODNOŚCIOWYCH

Wykład 2 Metoda Klasyczna część I

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Projekt 6 6. ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

Służą opisowi oraz przewidywaniu przyszłego kształtowania się zależności gospodarczych.

Równania różniczkowe. Lista nr 2. Literatura: N.M. Matwiejew, Metody całkowania równań różniczkowych zwyczajnych.

Zaawansowane metody numeryczne

ANALIZA OBWODÓW DLA PRZEBIEGÓW SINUSOIDALNYCH METODĄ LICZB ZESPOLONYCH

DYNAMIKA KONSTRUKCJI

Wykład 6 Pochodna, całka i równania różniczkowe w praktycznych zastosowaniach w elektrotechnice.

Teoria Sygnałów. III rok Informatyki Stosowanej. Wykład 7 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Analiza częstotliwościowa dyskretnych sygnałów cyfrowych

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Układy równań liniowych

Rozwiązywanie zadań optymalizacji w środowisku programu MATLAB

IV. WPROWADZENIE DO MES

Obwody elektryczne. Stan ustalony i stan przejściowy. Stan ustalony i stan przejściowy. Stan ustalony i stan przejściowy.

C d u. Po podstawieniu prądu z pierwszego równania do równania drugiego i uporządkowaniu składników lewej strony uzyskuje się:

ĆWICZENIE 7 WYZNACZANIE LOGARYTMICZNEGO DEKREMENTU TŁUMIENIA ORAZ WSPÓŁCZYNNIKA OPORU OŚRODKA. Wprowadzenie

1.7 Zagadnienia szczegółowe związane z równaniem ruchu Moment bezwładności i moment zamachowy

Metody numeryczne. Różniczkowanie. Wykład nr 6. dr hab. Piotr Fronczak

V. WPROWADZENIE DO PRZESTRZENI FUNKCYJNYCH

f (3) jesli 01 f (4) Rys. 1. Model neuronu

LABORATORIUM ESBwT. Optymalizacja niezawodnościowa struktury elektronicznego systemu bezpieczeństwa

WYBRANE DZIAŁY ANALIZY MATEMATYCZNEJ. Wykład VII Przekształcenie Fouriera.

Metody gradientowe poszukiwania ekstremum. , U Ŝądana wartość napięcia,

I. Elementy analizy matematycznej

Zestaw zadań 4: Przestrzenie wektorowe i podprzestrzenie. Liniowa niezależność. Sumy i sumy proste podprzestrzeni.

WNIOSKOWANIE STATYSTYCZNE

( ) ( ) ( τ) ( t) = 0

Technika Próżniowa. Przyszłość zależy od dobrego wyboru produktu. Wydanie Specjalne.

VII. ZAGADNIENIA DYNAMIKI

Całka nieoznaczona Andrzej Musielak Str 1. Całka nieoznaczona

Hipotezy o istotności oszacowao parametrów zmiennych objaśniających ˆ ) ˆ

Laboratorium komputerowe oraz Ćwiczenia rachunkowe z przedmiotu Metody obliczeniowe Prowadzący: L. Bieniasz

1 n 0,1, exp n

O MACIERZACH I UKŁADACH RÓWNAŃ

Wykład 4 Metoda Klasyczna część III

Metody numeryczne w C++Builder

{ } ( ) p(t) = p(0)p(t) Dyskretne procesy Markowa. =,...,

MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY Kryteria oceniania odpowiedzi. Arkusz A II. Strona 1 z 5

E3. ZJAWISKO REZONANSU W SZEREGOWYM OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO Jadwiga Szydłowska i Marek Pękała

Wpływ stóp procentowych na wartoêç indeksu giełdowego WIG * Influence of Interest Rates on the WIG Stock Index

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 2)

ψ przedstawia zależność

2.1 Zagadnienie Cauchy ego dla równania jednorodnego. = f(x, t) dla x R, t > 0, (2.1)

Teoria Sygnałów. II Inżynierii Obliczeniowej. Wykład /2019 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Szeregowy obwód RC - model matematyczny układu

Zadania egzaminacyjne

5. Pochodna funkcji. lim. x c x c. (x c) = lim. g(c + h) g(c) = lim

Układy z regulatorami P, PI oraz PID

CHARAKTERYSTYKI CZASOWE UKŁADÓW DYNAMICZNYCH

KONSPEKT WYKŁADU. nt. MECHANIKA OŚRODKÓW CIĄGŁYCH. Piotr Konderla

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

Twierdzenie Bezouta i liczby zespolone Javier de Lucas. Rozwi azanie 2. Z twierdzenia dzielenia wielomianów, mamy, że

Modelowanie i obliczenia techniczne. Metody numeryczne w modelowaniu: Optymalizacja

OGÓLNE PODSTAWY SPEKTROSKOPII

Równania różniczkowe zwyczajne

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Programowanie Równoległe i Rozproszone

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Układy równań liniowych

Podstawowe algorytmy indeksów giełdowych

Wykład 2 Wahadło rezonans parametryczny. l+δ

ĆWICZENIE 11 OPTYMALIZACJA NIEZAWODNOŚCIOWA STRUKTURY ELEKTRONICZNEGO SYSTEMU BEZPIECZEŃSTWA

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

Lista nr Znaleźć rozwiązania ogólne następujących równań różniczkowych: a) y = y t,

FINANSOWE SZEREGI CZASOWE WYKŁAD 3

ĆWICZENIE 5 BADANIE WYBRANYCH STRUKTUR NIEZAWODNOŚCIOWYCH

Podstawowe człony dynamiczne

Równanie Schrödingera

Rozwiązanie równania różniczkowego MES

n liczba zmiennych decyzyjnych c współczynniki funkcji celu a współczynniki przy zmienych decyzyjnych w warunkach

APROKSYMACJA QUASIJEDNOSTAJNA

Teoria Sygnałów. II rok Geofizyki III rok Informatyki Stosowanej. Wykład 4. iωα. Własności przekształcenia Fouriera. α α

Podstawy teorii falek (Wavelets)

Egzamin poprawkowy z Analizy II 11 września 2013

Zestaw zadań 5: Sumy i sumy proste podprzestrzeni. Baza i wymiar. Rzędy macierzy. Struktura zbioru rozwiązań układu równań.

I. Metoda Klasyczna. Podstawy Elektrotechniki - Stany nieustalone. Zadanie k.1 Wyznaczyć prąd i w na wyłączniku. R RI E

= i Ponieważ pierwiastkami stopnia 3 z 1 są (jak łatwo wyliczyć) liczby 1, 1+i 3

Analiza wybranych własności rozkładu reszt

Wykład 5 Elementy teorii układów liniowych stacjonarnych odpowiedź na dowolne wymuszenie

Stanowisko laboratoryjne do badań przesuwników fazowych

Instrukcja do ćwiczenia z przedmiotu Optymalizacja Procesów Cieplnych. Temat: Optymalna grubość izolacji ściany budynku.

Układy równań i równania wyższych rzędów

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE całki pojedyncze

Analiza matematyczna 2 Lista zadań

10. Automatyka i regulacja automatyczna, metody numeryczne

Rozdział 5. Macierze. a 11 a a 1m a 21 a a 2m... a n1 a n2... a nm

Diagonalizacja macierzy kwadratowej

Pokazać, że wyżej zdefiniowana struktura algebraiczna jest przestrzenią wektorową nad ciałem

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Transkrypt:

Sps rśc Zmany w sosunku do poprzdngo wydana 9 Przdmowa Rozdzał Dfncj ypów, procdur, funkcj klas dla zagadnń numrycznych 3 Organzacja bblok oblczń numrycznych 4 Typ waranowy 4 3 Prdfnowany yp lczb zspolonych 6 4 Dfncja ypu lczb zspolonych 7 5 Funkcj konwrsj lczb rzczywsych zspolonych na łańcuch odwron 8 6 Wkor 7 Macrz 8 Rprznacja wkorów macrzy za pomocą ablc 8 Przydzlan zwalnan pamęc dla ablc jdnowymarowych 3 8 Przydzlan zwalnan pamęc dla ablc dwuwymarowych 4 9 Zaps odczy wkorów oraz macrzy w komponnc TSrngGrd 5 Wzorcow funkcj zapsu odczyu plków macrzy 6 Rozdzał Algbra macrzy równana lnow 7 Moda bzpośrdngo rozwązywana układu równań macrzowych modą lmnacj Gaussa 8 Skalowan układu równań lnowych 3 Rozwązywan układu równań lnowych wdług algorymu Croua 34 3 Oblczan macrzy odwronj modą lmnacj Gaussa 39 4 Oblczan macrzy odwronj modą Croua 43 5 Oblczan wyznacznka macrzy kwadraowj 48 6 Wskaźnk uwarunkowana macrzy 5 7 Oblczan warośc własnj macrzy kwadraowj A o najwększym modul 5 8 Oblczan warośc własnj macrzy αa o najwększym modul 53 9 Rozwązywan układu równań lnowych modą racj Jacobgo oraz Rchardsona 55 Rozwązywan układu równań modą Gaussa-Sdla oraz modą nadrlaksacj 58 Psudorozwązan układu nadokrślongo 6 Moda najmnjszych kwadraów 66 3 Algorym Croua rozwązywana rzadkch układów równań lnowych 68 4 Algorymy racyjn Rchardsona oraz Gaussa-Sdla dla macrzy rzadkch 78 Przykłady 85 Komponny 85 Właścwośc 85

4 Algorymy numryczn w Dlph Zdarzna 86 Przykład Oblczan macrzy odwronj 88 Przykład Rozwązywan układów równań algbracznych 95 Przykład 3 Rozwązywan układów równań algbracznych rzadkch Rozdzał 3 Prakyka badana funkcj 9 3 Całkowan różnczkowan numryczn 9 3 Eksrapolacja rowana Rchardsona Akna 9 3 Całkowan numryczn 6 33 Różnczkowan numryczn 5 34 Gradn funkcj wlu zmnnych 35 35 Jakoban funkcj wkorowj wlu zmnnych 36 36 Hsjan funkcj wlu zmnnych 37 3 Wybran mody aproksymacj nrpolacj lnowj funkcj jdnj zmnnj 38 3 Aproksymacja modą najmnjszych kwadraów 39 3 Aproksymacja funkcj dyskrnj wlomanm 4 33 Aproksymacja układam funkcj orogonalnych 4 34 Aproksymacja wlomanam orogonalnym 4 35 Implmnacja mod aproksymacj 44 36 Inrpolacja funkcj dyskrnj krzywą łamaną 59 37 Inrpolacja wlomanm poęgowym Lagrang a 6 38 Inrpolacja funkcjam skljanym 6 39 Inrpolacja funkcjam wlomanam orogonalnym 6 3 Mody nrpolacj w ramach klasy TInrpolaon 65 33 Wybran mody poszukwana mnmum funkcj wlu zmnnych modam bzgradnowym 8 33 Wyznaczn mnmum funkcj wlu zmnnych bzgradnową modą poszukwań prosych Hook a-jvsa 8 33 Bzgradnowa moda złogo podzału poszukwana mnmum 84 333 Bzgradnowa moda Powlla poszukwana mnmum funkcj wlu zmnnych 9 34 Wybran mody poszukwana mnmum funkcj wlu zmnnych modam gradnowym 96 34 Moda kspansj konrakcj gomrycznj z jdnym sm badana współczynnka kroku przy poszukwanu mnmum w krunku 97 34 Moda aproksymacj parabolcznj z jdnym sm badana współczynnka kroku przy poszukwanu mnmum w krunku 343 Algorym najwększgo spadku 6 344 Zmodyfkowany algorym Nwona Przykłady 5 Komponny 5 Przykład 3 Tsowan mod całkowana 6 Przykład 3 Tsowan procdur różnczkowana numryczngo Przykład 33 Tsowan funkcj do wyznaczana macrzy Jacobgo funkcj wkorowj 5 Przykład 34 Tsowan funkcj do wyznaczana macrzy Hssgo funkcj wlu zmnnych 9 Przykład 35 Tsowan mod klasy TApproxmaon 3 Przykład 36 Tsowan mod klasy TInrpolaon 39 Przykład 37 Tsowan mod wyznaczana mnmum funkcj 44

Sps rśc 5 Rozdzał 4 Równana nlnow, zra wlomanów, warośc własn macrzy 5 4 Algorymy rozwązywana układów równań nlnowych 5 4 Rozwązywan układów równań nlnowych modą Nwona 53 4 Rozwązywan układów równań nlnowych modą gradnową 56 43 Rozwązywan układu równań nlnowych zmodyfkowaną modą Nwona 6 44 Rozwązywan układów nlnowych modą racyjną 64 45 Psudorozwązana nlnowgo układu nadokrślongo modą Hook a-jvsa 67 4 Wyznaczan zr wlomanów modam Barsowa Lagurr a 7 4 Dzln wlomanów o współczynnkach rzczywsych przz czynnk lnowy wdług algorymu Hornra 7 4 Dzln wlomanu przz czynnk kwadraowy 7 43 Wyznaczan dzlnków wlomanu sopna N > w posac rójmanu kwadraowgo modą Barsowa 73 44 Wyznaczan zr wlomanów o współczynnkach rzczywsych 77 45 Wyznaczan zr wlomanu modą Lagurr a 8 46 Wyznaczan zr wlomanu modą Lagurr a 8 43 Wyznaczan warośc własnych macrzy modam Barsowa Lagurr a 84 43 Wyznaczan współczynnków wlomanu charakrysyczngo macrzy kwadraowj modą Kryłowa 85 43 Wyznaczan warośc własnych macrzy modą Barsowa 87 433 Wyznaczan warośc własnych macrzy modą Lagurr a 9 44 Wyznaczan zr funkcj jdnj zmnnj modą połowna przdzału 9 Przykłady 93 Komponny 93 Przykład 4 Tsowan mod rozwązywana układu równań nlnowych 94 Przykład 4 Tsowan mod rozwązywana układu równań nlnowych cd 95 Przykład 43 Wyznaczan zr wlomanów o współczynnkach rzczywsych zadanych z klawaury za pomocą mod Lagurr a oraz Barsowa 3 Przykład 44 Wyznaczan warośc własnj macrzy zadanj z klawaury lub plku 3 Przykład 45 Wyznaczan zr ksrmum funkcj Bssla rzędu N 35 Rozdzał 5 Układy zwyczajnych równań różnczkowych nlnowych 39 5 Układ równań różnczkowych jako klasa programowana obkowgo 3 5 Dfncj ypów do zadawana układu równań różnczkowych nlnowych 3 5 Dfncja klasy prooypowj dla klas mplmnujących rozwązywan układu równań różnczkowych 3 53 Dfncja klasy prooypowj dla klas poomnych doyczących rozwązywana układu równań różnczkowych nlnowych 38 54 Aproksymacja dyskrnych warośc wkorów sanu 39 55 Funkcj pomocncz do dzałana na wkorach sanu 3 5 Mody Runggo-Kuy 33 53 Rozwązywan układu równań różnczkowych zwyczajnych modą Runggo-Kuy z auomaycznym doborm kroku całkowana 37 54 Mody Fhlbrga 33

6 Algorymy numryczn w Dlph 55 Rozwązan układu równań różnczkowych nlnowych zwyczajnych modą Fhlbrga z auomaycznym doborm kroku całkowana 34 56 Rozwązan układu równań różnczkowych nlnowych zwyczajnych modą Dormanda-Prnc a z auomaycznym doborm kroku całkowana 344 57 Wlokrokowa moda rozwązywana układu równań różnczkowych nlnowych z członm przwdywana Adamsa-Bashforha oraz członm korkcyjnym Adamsa-Mulona z auomaycznym doborm kroku rzędu 349 57 Algorym Adamsa-Bashforha 349 57 Algorym Adamsa-Mulona 35 573 Algorymy przwdywana korkcj wyrażon przz macrz Nordscka 354 574 Faza wsępna oblczń 363 575 Mody klasy TAdamsMulonAbsrac TAdamsMulon, ralzując algorym Adamsa-Mulona 368 58 Rozwązywan układu równań nlnowych modą szywno sablnych algorymów Gara 374 59 Moda Gragga z ksrapolacją Bulrscha-Sora 386 Przykłady 394 Komponny 394 Przykład 5 Rozwązywan układów równań różnczkowych druggo rzędu 395 Przykład 5 Zasosowan klasy TRoRoNl do rozwązywana układów równań różnczkowych nlnowych w ramach pwnj klasy 4 Przykład 53 Wahadło mamayczn 48 Rozdzał 6 Układy równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach 43 6 Równana różncow dla różnych aproksymacj funkcj wymuszających 48 6 Wymuszn aproksymowan funkcjam przdzałam sałym 48 6 Wymuszn aproksymowan funkcjam przdzałam lnowym 4 63 Wymuszn aproksymowan wlomanm sopna druggo 4 64 Dobór kroku całkowana T z względu na dobór górnj grancy błędu oblczana macrzy oraz z względu na numryczną sablność rozwązana 45 6 Dfncja ypów dla lnowych równań różnczkowych 47 63 Numryczn rozwązywan równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach dla aproksymacj wymuszń funkcjam przdzałam sałym 49 64 Numryczn rozwązywan równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach dla aproksymacj wymuszń funkcjam przdzałam lnowym 43 65 Numryczn rozwązywan równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach dla aproksymacj wymuszń funkcjam przdzałam kwadraowym 433 Przykłady 435 Komponny 435 Przykład 6 Tsowan mod rozwązywana układu równań różnczkowych lnowych 435 Przykład 6 Tsowan mod rozwązywana układu równań różnczkowych lnowych zdfnowanych wwnąrz pwnj klasy 44 Rozdzał 7 Prakyka przkszałcń Fourra 449 7 Dyskrna ransformacja Fourra wdług algorymu Hornra 455 7 Szybk przkszałcn Fourra wdług algorymu Coolya-Tukya 457 73 Szybk przkszałcn Fourra wdług algorymu Sand a-tukya 466 74 Wyznaczan współczynnków zspolongo szrgu Fourra dla dowolnj funkcj okrsowj 47 75 Oblczan odwronj ransformacj Fourra dla dowolnj ransformay 47

Sps rśc 7 Przykłady 474 Komponny 474 Przykład 7 Oblczan zspolonych współczynnków szrgu Fourra 475 Przykład 7 Oblczan odwronj ransformacj Fourra 479 Przykład 73 Oblczan zspolonych współczynnków szrgu Fourra w ramach pwnj klasy 483 Rozdzał 8 Prakyka przkszałcń Laplac a 487 8 Numryczn oblczan ransformacj odwronj Laplac a w wybranj chwl czasowj z zasosowanm szrgów Fourra 488 8 Numryczn oblczan ransformacj odwronj Laplac a w wybranj chwl czasowj z zasosowanm szrgów Lagurr a 494 83 Numryczn oblczan ransformacj odwronj Laplac a w wybranj chwl czasowj wdług algorymu Valsa 498 84 Oblczan ransformacj odwronj Laplac a funkcj wymrnj na podsaw jj pozosałośc w bgunach 5 84 Dfncja klasy do oblczana odwronj ransformacj Laplac a funkcj wymrnj na podsaw jj pozosałośc w bgunach 55 Przykłady 5 Komponny 5 Przykład 8 Wyznaczan odwronj ransformacj Laplac a funkcj opraorowych zgodn z wzorcam funkcj 5 Przykład 8 Zasosowan ransformacj odwronj Laplac a dla funkcj wymrnych 56 Bblografa 53 Skorowdz 55

Rozdzał 6 Układy równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach Zadany js układ N równań różnczkowych lnowych njdnorodnych: + W j j j N j j j u b x a d dx,,, N, 6 gdz współczynnk a j oraz b j są rzczyws Układ n można zapsać w posac macrzowj: d d Bu Ax x +, 6 gdz: x x x N x ; 6a d dx d dx d dx d d N x ; 6b

44 Algorymy numryczn w Dlph aa Ka N A aa Ka N K ; anan KaNN bb Kb W B bb KbW K ; bnbn KbNW u u u uw 6c 6d Na człony njdnorodn układu 6 składa sę W wymuszń u j j,,, W wysępujących z współczynnkam b j macrzy prosokąnj B W or równana 6 cnralną rolę odgrywa funkcja wykładncza A macrzy kwadraowj A przmnożonj przz zmnną nzalżną, zdfnowaną szrgm macrzowym [7]: A + A +! k k A A + K + A + K k! k k! 63 Szrg macrzowy 63 js równoważny N zwykłym skalarnym szrgom poęgowym: k δ + A + { A } j + K + { A } j + K, j j, j,,, N! k! Do zrozumna konsrukcj całk ogólnj równana 6 nzbędn będą nasępując własnośc funkcj wykładnczj A : Jżl, o zgodn z dfncją 63 A macrz jdnoskowa N N-wymarowa 64 Jżl macrz A komuuj z macrzą B, a węc AB BA, o: A B A+B 65 3 Ponważ na mocy własnośc 65 A A A A, węc macrz odwrona macrzy A ma posać: [ ] A A 66 4 Różnczkując ob srony równana macrzowgo 63 z względu na oraz wyłączając wspólny czynnk A z wyrazów szrgu nskończongo, orzymuj sę: d d A A A A A 5 Mnożąc lwosronn lub prawosronn równan macrzow 67 przz A macrz odwrona macrzy A, a nasępn całkując ak orzymywan równana z względu na od do, orzymuj sę: 67

Rozdzał 6 Układy równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach 45 A A A A A A d A 68 Do rozwązana układu równań różnczkowych lnowych 6 można zasosować modę uzmnnna sałych W ym clu najprw rozparuj sę przypadk, gdy u, co oznacza, ż równan 6 js jdnorodn dx Ax d 69 Ławo wykazać, ż całka ogólna równana jdnorodngo 69 ma posać: x A y, 6 gdz y js wkorm N-wymarowym o składowych sałych Ison z własnośc 67 wynka dx d d d A A y A y Ax 6 Zgodn z modą uzmnnna sałych przyjmuj sę dalj, ż wkor y js funkcją zmnnj, co daj: x A y, 6 a nasępn podsawa sę wyrażn 6 do równana njdnorodngo 6, uwzględnając własność 67 A A y + A dy A d A y + Bu 63 Upraszczając równan 63 o człon A A y oraz mnożąc j lwosronn przz macrz A, orzymuj sę na mocy własnośc 66 dy d A Bu 64 Całkując równan 64 z względu na od do, orzymuj sę: y + y A Bu τ d τ 65 Jżl zadany js wkor warośc począkowych x, o odpowadający mu wkor y można wyznaczyć z równana 6, sosując własność 66: y A x 66 Uwzględnając równan 65 wraz z podsawnm 66 w równanu 6, orzymuj sę nasępując rozwązan równana 6:

46 Algorymy numryczn w Dlph A x + A A x τ Bu τdτ 67 Równan 67 n nadaj sę do bzpośrdngo oblczna numryczngo Rozwązan dokładn 67 równana 6 można jdnak wykorzysać w modz krokowj, zasępując o równan równanm różncowym, przyjmując kt k+t: k+ T A A k+ T [ k + T ] x kt + x τ Bu τdτ kt 68 W oblczanu całk 68 mogą wysąpć rudnośc zwązan z wysępowanm ujmnych dużych co do modułu warośc własnych macrzy A Z względu na możlwość akgo przypadku nalży aproksymować funkcję wkorową wymuszającą u, n zmnając jądra A w całc równana 68 Nch zachodz przypadk ogólny, dla kórgo macrz A ma dzlnk lmnarn: p p p λ λ, λ λ,, λ λ s K s, gdz wśród warośc własnych λ, λ,, λ s macrzy A będących, zgodn z dfncją, zram wlomanu charakrysyczngo macrzy A I d A λ, mogą być lczby jdnakow; p n N, przy czym p +p ++ps M Dowodz sę, ż w akm przypadku snj aka macrz nosoblwa S, ż A S CS, 69 gdz macrz C js macrzą quas-dagonalną, zwaną kanonczną macrzą Jordana [3] I C p λ I p λ K K K K K K I λ ps s ; λ K λ K I λ p λ K K λ K λ 6

Rozdzał 6 Układy równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach 47 Sosując ransformację 69, funkcję wykładnczą A można przkszałcć nasępująco: A S CS S C S C S S 6 Ponważ macrz C js quas-dagonalna, o: C I p λ I p λ I p s λs 6 Zgodn z dfncją macrzowj funkcj wykładnczj oraz macrzy 6 zachodz [3]: I p λ λ K λ λ K λ λ λ K! KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK p p p 3 λ λ λ λ K p! p! p 3! 63 Wzory 67, 6 6 okrślają srukurę rozwązana równana różnczkowgo 6, a w szczgólnośc jgo zwązk z waroścam własnym λ wysępującym w kombnacjach funkcj λ przmnożonych przz wlomany P sopna n wększgo nż p, gdz p js sopnm dzlnka lmnarngo odpowadającgo warośc własnj λ λ, j P Załóżmy w ogólnym przypadku, ż warośc własn λ macrzy A są zspolon λ α + jβ,,, N 64 Jżl R { λ } α >, o odpowdn składnk rozwązana P wzrasają wykładnczo z członm wlomanowym P, gdy czas wzrasa Jżl α <, o odpowdn λ składnk rozwązana P malją, gdy czas wzrasa W każdym przypadku, jśl Im{ λ } β parę sprzężoną z odpowdną waroścą własną λ, co odpowada składnkow rozwązana snusodalnmu z wagą wykładnczą, o jak wadomo λ worzy zspoloną λ wlomanową P : α P sn β 65

48 Algorymy numryczn w Dlph 6 Równana różncow dla różnych aproksymacj funkcj wymuszających Do numryczngo rozwązana układu równań różnczkowych lnowych 6 można wykorzysać równan różncow 68, przyjmując różną aproksymację funkcj wymuszającj u W nnjszym opracowanu podan będą konsrukcj ych algorymów dla rzch przypadków, a manowc dla aproksymacj funkcj wymuszającj w posac funkcj przdzałam sałj, lnowj kwadraowj 6 Wymuszn aproksymowan funkcjam przdzałam sałym Nch wymuszn wkorow u js dan w posac funkcj przdzałam sałj akj, ż: u ukt dla kt k+t, k,,, 66 W akm przypadku, wykonując całkowan w równanu różncowym 68 z uwzględnnm wzoru 68, orzymuj sę [7]: k + T Aτ kt Bu τdτ - Aτ k+ T kt A BukT A k + T AkT + A BukT Po umszcznu powyższgo wynku całkowana w równanu 68 orzymuj sę: x A k + T A k + T AkT [ k + T ] x kt + + x kt + A Bu kt gdz: macrz jdnoskowa A Bu kt 67 68 W równanu różncowym 68 clowym js, z względu na mnmum opracj numrycznych, oblczać macrz A, n wykonując pomocnczych oblczń macrzy oraz A, lcz wykorzysując równość: n 69 n n+! A T wynkającą z dfncj 63 Zam po uwzględnnu równana 69 oraz oznaczna macrzy: F G A T n n! n 63 n 63 BT n n +!

Rozdzał 6 Układy równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach 49 wkorów xk xkt; uk ukt 63 formuła rkurncyjna 68 przyjm posać: xk+ Fxk + G uk 633 N snj węc porzba oblczana macrzy odwronj A, jak by o wynkało z równana 68 Mając na uwadz dalszą mnmalzację opracj numrycznych, nalży zauważyć, ż formowan macrzy F G wzory 63 63 nalży prowadzć równolgl z względu na wspóln lmny wysępując w szrgach Równan różncow 633 daj węc formułę rkurncyjną, kórą można ławo zaprogramować na kompurz, co pokazan będz w dalszych punkach Sosując wzór rkurncyjny 633 do rozwązana numryczngo równana różnczkowgo 6, odpowadający aproksymacj wymuszń funkcjam przdzałam sałym, nalży w prwszj koljnośc wygnrować macrz F G, okrślon wzoram 63 63 Blok funkcyjny gnrujący macrz moż mć posać: funcon FmTmpvar A, B, F, G: TMarxF; T, ps, EpsR: TFloa; N, W: Ingr: Ingr; // Formowan macrzy pomocnczych F, G: // A, B macrz układu równań różnczkowych // dx/d A*X+B*U, // N rząd macrzy A, // W lczba kolumn macrzy B, // T wybrany krok całkowana, // ps górna granca błędu przyblżna macrzy F G, // EpsR błąd wyznaczna najwększj co do modułu warośc // własnj macrzy F var K, Error: Ingr; S, S, Norm, a, MWA: TFloa; AX, AY, a, BX, BT: TMarxF; bgn Rsul : ; SLngha, N +,N + ; SLnghAX, N +,N + ; SLnghBX, N +,N + ; SLnghAY, N +,N + ; SLnghBT, N +,W + ; ry mmulra, A, T; monax; Norm : mnorma; K : ; S : ; S : ; a : Norm / - Norm; mclonf, AX; mclonbx, AX; rpa IncK; mmulay, AX, a; S : S / K; mmulrax, AY, S;

4 Algorymy numryczn w Dlph maddf, F, AX; S : S / K + ; mmulrax, AY, S; maddbx, BX, AX; mclonax, AY; a : a * Norm / K + unl a < ps; Error : megnvalumwa, F, EpsR, ; f MWA > 5 hn Rsul : 6; f Error <> hn Rsul : 7; mmulrbt, B, T; mmulg, BX, BT; fnally a : nl; BT : nl; AX : nl; BX : nl; AY : nl; nd nd{fmtmp }; 6 Wymuszn aproksymowan funkcjam przdzałam lnowym Zakładamy, ż wymuszn u js funkcją cągłą przdzałam lnową aką, ż: dla u u kt + kt + f T [ u k + T ukt ] τ f τ τ kt τ < k+t, gdz: k,,, u kt k[ u k + T ukt ] ; f [ u k + T ukt ] f T 634 634a Wykonując w akm przypadku całkowan przz częśc w równanu różncowym 68 z uwzględnnm wzoru 68, orzymuj sę: k + T Aτ kt Bu τ dτ A -Aτ A + - + f τ B f -AkT B A B + A k + T kt + k + T kt A -AkT T Bf dτ B u kt + T - B u k + T -Aτ

Rozdzał 6 Układy równań różnczkowych lnowych o sałych współczynnkach 4 Po uwzględnnu powyższgo wynku całkowana oraz oznaczna 63 równan różncow 68 przyjm posać: x k + + A x k + A T A Bu k + A Bu k + T 635 Uwzględnając wzory 63 69, równan rkurncyjn 635 można przkszałcć do posac: xk+ Fxk+G uk+huk+, 636 gdz: A A A G A A B BT n T T T ; T n n! n + H A n [ A ] B BT, n n +! naomas macrz F wyraża sę wzorm 63 637 638 Równan rkurncyjn 636 daj węc algorym wyznaczana rozwązana równana różnczkowgo w posac 6 W oblcznach kompurowych nalży zauważyć, ż wyznaczan macrzy F, G H zgodn z wzoram 63, 637 638 nalży prowadzć równolgl z względu na wspóln lmny n wysępując w szrgach macrzowych ych wzorów, co mnmalzuj lczbę opracj numrycznych W przypadku sosowana wzoru rkurncyjngo 636 nzbędn js wygnrowan macrzy F, G H wzory 63, 637 638, co można zralzować w nasępującym bloku funkcyjnym: funcon FmTmpvar A, B, F, G, H: TMarxF; T, ps, EpsR: TFloa; N, W: Ingr: Ingr; // Formowan macrzy pomocnczych F, G, H: // A, B macrz układu równań różnczkowych dx/d A*X+B*U, // N rząd macrzy A F, // W lczba kolumn macrzy B, G, H, // T wybrany krok całkowana, // ps górna granca błędu przyblżna macrzy F, G, H, // EpsR błąd wyznaczna najwększj co do modułu warośc // własnj macrzy F var K, Error: Ingr; SS, S, S, Norm, a, MWA: TFloa; AX, AY, a, AG, AH, BT: TMarxF; bgn Rsul : ; SLngha, N +,N + ; SLnghAX, N +,N + ; SLnghAY, N +,N + ; SLnghAH, N +,N + ; SLnghAG, N +,N + ; SLnghBT, N +,W + ;

4 Algorymy numryczn w Dlph ry mmulra, A, T; monax; Norm : mnorma; K : ; SS : ; S : 5; S : 5; a : Norm / - Norm; monf; mmulrag, AX, 5; mclonah, AG; rpa IncK; mmulay, AX, a; SS : SS / K; mmulrax, AY, SS; maddf, F, AX; S : S * K + / K + * K; mmulrax, AY, S; maddag, AG, AX; S : S / K + ; mmulrax, AY, S; maddah, AH, AX; mclonax, AY; a : a * Norm / K + unl a < ps; Error : megnvalumwa, F, EpsR, ; f MWA > 5 hn Rsul : 6; f Error <> hn Rsul : 7; mmulrbt, B, T; mmulg, AG, BT; mmulh, AH, BT; fnally a : nl; BT : nl; AX : nl; AY : nl; AG : nl; AH : nl; nd nd{fmtmp };