Diskretisering av 1D - varmelikningen

Like dokumenter
Laplacelikningen med Dirichlet betingelser

Øving 2 Matrisealgebra

Elementær Matriseteori

Øving 3 Determinanter

Øving 6 Tallfølger og differenslikninger

Forelesning 14 Systemer av dierensiallikninger

Minste kvadraters metode i MATLAB og LabVIEW

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

Lineære likningssystemer og matriser

Manual for wxmaxima tilpasset R2

TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Hvorfor er lineær algebra viktig? Linear

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

LP. Leksjon 6: Kap. 6: simpleksmetoden i matriseform, og Seksjon 7.1: følsomhetsanalyse

Løs likningssystemet ved å få totalmatrisen på redusert trappeform

Lineære likningssett.

LP. Leksjon 7. Kapittel 13: Nettverk strøm problemer

TMA4210 Numerisk løsning av part. diff.lign. med differansemetoder Vår 2005

6.6 Anvendelser på lineære modeller

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

Oblig 2 MEK1100, vår 2016

Chebyshev interpolasjon

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

Denne labøvelsen gir en videre innføring i elementær bruk av programmet Maple.

6.4 (og 6.7) Gram-Schmidt prosessen

Høgskolen i Oslo og Akershus. a) Finn den deriverte av disse funksjonene: b) Finn disse ubestemte integralene: c) Finn disse bestemte integralene:

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

UNIVERSITETET I OSLO

MAT feb feb feb MAT Våren 2010

Eksamensoppgave i TMA4125 EKSEMPELEKSAMEN - LF

UNIVERSITETET I OSLO

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

Emne 9. Egenverdier og egenvektorer

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

3.9 Teori og praksis for Minste kvadraters metode.

Tall, vektorer og matriser

Differansemetoder for to-punkts randverdiproblemer. Innledning. Anne Kværnø

6.5 Minste kvadraters problemer

Ekstrapolasjon. Minste kvadraters metode. Minste kvadraters metode på matriseform. Implementering

Prøve i Matte 1000 ELFE KJFE MAFE 1000 Dato: 02. desember 2015 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark

Homogene lineære ligningssystem, Matriseoperasjoner

MA0002 Brukerkurs i matematikk B. Eksamen 28. mai 2016 Løsningsforslag. Oppgave 1

Obligatorisk innlevering 3 - MA 109, Fasit

Lær å bruke Microsoft Mathematics, Matematikk-tillegget i Word og WordMat. Av Sigbjørn Hals

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

ELE Matematikk valgfag

Løsningsforslag. og B =

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 13/4-16/4

Microsoft Mathematics Brukermanual matematikk vgs

10 Radrommet, kolonnerommet og nullrommet

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Numerisk løsning av PDL

a) Ved numerisk metode er det løst en differensiallikning av et objekt som faller mot jorden. Da, kan vi vi finne en tilnærming av akselerasjonen.

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 11 Eulers metode. Løsningsforslag

Løsningsforslag. Innlevering i BYFE/EMFE 1000 Oppgavesett 1 Innleveringsfrist: 14. september klokka 14:00 Antall oppgaver: 3.

Notat 4 - ST februar 2005

Tangenten svarer til lineær approksimasjon av funksjonen. Likningen for tangenten finnes derfor fra 1. ordens Taylorutvikling:

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

TDT4110 IT Grunnkurs Høst 2012

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 5 for-løkker

1 Mandag 8. februar 2010

LP. Leksjon 8: Kapittel 13: Nettverk strøm problemer, forts.1

4.4 Koordinatsystemer

Algebra. Likningsløsning. tasten) for å komme ned til S, og bla videre nedover til du finner solve(.

I dette kapittelet skal vi studerer noen matematiske objekter som kalles matriser. Disse kan blant annet brukes for å løse lineære likningssystemer.

Fasit til eksamen i emnet MAT102 - Brukerkurs i matematikk II Mandag 21.september 2015

MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 3

Gauss-Jordan eliminasjon; redusert echelonform. Forelesning, TMA4110 Fredag 18/9. Reduserte echelonmatriser. Reduserte echelonmatriser (forts.

12 Diagonalisering av matriser og operatorer (Ch. 5.1, 5.2 og 8.5)

7 Egenverdier og egenvektorer TMA4110 høsten 2018

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

Løsning Eksamensrelevante oppgaver i ELE 3719 Matematikk Vektorer, matriser og lineær algebra Dato Februar Oppgave 1. (A) Vi leser av at

være en rasjonal funksjon med grad p < grad q. La oss skrive p(x) (x a)q(x) = A

I denne øvingen vil vi sammenlikne det teoretiske resultat med et grafisk bilde av konturlinjene til flaten. Vi tegner konturene der

Matematikk 4 TMA4123M og TMA 4125N 20. Mai 2011 Løsningsforslag med utfyllende kommentarer

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side 1 av 7 L SNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I SIF5009 MATEMATIKK 3 Bokmål Man

Newtonpolynomer med senterpunkter x0, x1,..., xn-1

4 ( ( ( / ) 2 ( ( ( / ) 2 ( ( / 45 % + 25 ( = 4 25 % + 35 / + 35 ( = 2 25 % + 5 / 5 ( =

MAT 1110: Obligatorisk oppgave 1, V-07: Løsningsforslag

LP. Leksjon 5. Kapittel 5: dualitetsteori. motivasjon det duale problemet svak og sterk dualitet det duale til LP problemer på andre former

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

Opp til nå har problemstilling vart: Gitt en funksjon f, finn for hvilket verdier av de variabler f tar en bestemt verdi. Ax = b, f(x) = 0.

Matematikk Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

GENERELLE VEKTORROM. Hittil har vi bare snakket om vektorrom av type

Ikke lineære likninger

Løsningsforslag. Innlevering i BYFE/EMFE 1000 Oppgavesett 5 Innleveringsfrist: 15. april klokka 14:00 Antall oppgaver: 3.

Diskretisering av tidsavhengig endimensjonal varmelikning

Ma Linær Algebra og Geometri Øving 1

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

6.8 Anvendelser av indreprodukter

5.5 Komplekse egenverdier

Lær å bruke wxmaxima

Chebyshev interpolasjon

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

UNIVERSITETET I OSLO

DEL 1 Uten hjelpemidler

UNIVERSITY OF OSLO. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Matlab-utskrift (1 side).

Lær å bruke CAS-verktøyet i GeoGebra 4.2

Transkript:

Diskretisering av D - varmelikningen Vi vil løse numerisk den tidsuavhengige en-dimensjonale varmeledningslikningen uten kilde/sluk ledd. Differensiallikningen forenkles da til d T d x d dt Vi representerer dt med den numeriske tilnærmingen dt THx+hL - THx-hL Dette gir oss d dt d J THx+hL - THx-hL N J d THx+hL - d THx-hL N Ved å benytte tilnærmingen en gang til får vi til slutt d T d x d dt J THx+ hl-thxl - THxL-tHx- hl N THx+ hl - THxL + THx- hl 4 h Med Dx h får vi den diskretiserte varmelikningen på formen THx+Dx L - THxL + THx-Dx L Dx Vi ønsker å finne temperaturen THxL i en tynn stav med lengde L. Numerisk kan dette ikke gjøres overalt i staven så vi velger et utvalg punkter (noder) og beregner temperaturen i disse noder. Det enkleste er å dele staven opp i n indre punkter i samme avstand L/(n+) fra hverandre. Endepunktsnodene antas å ha kjente verdier. Situasjonen kan skjematisk vises i figuren under med n 6. T T T T3 T4 T T6 TL Med notasjonen xi i h THxi L Ti kan vi skrive varmeledningslikningen som Ti+ - Ti + T i- Dx.Likningen må være oppfylt for alle seks punkter i figuren. Dette gir oss 6 likninger med 6 ukjente. T - T + T T3 - T + T T4 - T3 + T T - T4 + T3 T6 - T + T4 TL - T6 + T T - T - T - T6 + T - TL De seks ukjente er T T T T3 T4 T og T6.Endepunkttemperaturene er gitt ved grensebetingelser. Vi setter T TL 3. Legg merke til at lengden av staven L eller delintervallenes lengde Dx ikke inngår i likningssystemet. Likningssettet kan nå skrives på matriseform: - - - - - - T -T T T3 T4 T T6 -TL

De seks ukjente er T T T T3 T4 T og T6.Endepunkttemperaturene er gitt ved grensebetingelser. Vi setter T TL 3. Legg merke til at lengden av staven L eller delintervallenes lengde Dx ikke inngår i likningssystemet. Likningssettet kan nå skrives på matriseform: - - - - - - T -T T T3 T4 T T6 -TL Vi løser likningssystemet ved å lage et lite skript. Først imiterer vi Matlab- koding deretter ser vi hvordan vi kan gjøre det i Mathematica. n 6; T ; TL 3; H* initierer matrisen *L A Table@ 8i n< 8j n<d; H* fyller første rad *L A@@ DD - ; A@@ DD ; H* fyller siste rad *L A@@n ndd - ; A@@n n - DD ; H* setter tall i indre punkter i koeffisientmatrisen *L For@i i < n ++i A@@i idd - ; A@@i i + DD ; A@@i i - DD D; H* legger inn grensebetingelser og fyller b - vektor *L b Table@ 8i n<d; b@@dd - T; b@@ndd - TL; H* løser likningssystemet A t b *L LinearSolve@A bd : 8 8 9 9 > N@%D 8.43 64.86.49 8. 8.4 9.8< I Mathematica kan du bruke paletter for å definere matriser og vektorer direkte. Her er brukt paletten Basic Math Assistant fra Palettes- menyen for å bygge matrisene. Du utvider matrisen med nye rader ved CTL+ og du utvider med nye kolonner ved CTRL + komma : A - - - ; b - - - - ; - 3

LinearSolve@A bd N.43 64.86.49 8. 8.4 9.8 Vi finner derfor avrundet T. T 64.3 T3.4 T4 8.6 T 8. T6 9.9 Generaliserer til n punkter numericheat@t_ TL_ n_d : Module@8A b< A Table@ 8i n< 8j n<d; A@@ DD - ; A@@ DD ; H* fyller siste rad *L A@@n ndd - ; A@@n n - DD ; For@i i < n ++i A@@i idd - ; A@@i i + DD ; A@@i i - DD D; b Table@ 8i n<d; b@@dd - T; b@@ndd - TL; D Join@8T < N@LinearSolve@A bdd 8TL<D vals numericheat@ 3 6D 8.43 64.86.49 8. 8.4 9.8 3< Våre data i eksemplet består av 8 punkter ( endepunkter + interne punkter). Punktene nummeres fra til i listeplottet under. Temperaturen øker som ventet lineært : 3

4 ListPlot@Transpose@8Range@ D vals<d Joined True PlotRange 8 3<D 3 9 8 6 3 4 6 Med tanke på neste leksjon ( løsning av tidsavhengig varmelikning i en dimensjon ) lager vi et program som løser likningssystemet uten lineær algebra. Programmet skal både skrive ut tabellen og plottet. Derfor må vi legge inn en print- setning rundt tabellen ellers vil semikolon i slutten av linjen hindre utskrift av tabellen. Når plottet er inne i modulen kan vi godt definere heatvals som lokal variabel (men nødvendig er det ikke) : numericheatd@t_ TL_ n_d : Module@8eq solns heatvals< T@D T; T@nD TL; eq@i_d : T@i + D T@iD - T@i - D; solns Solve@Table@eq@iD 8i n - <D Table@T@iD 8i n - <DD First; heatvals N@Table@8i T@iD. solns< 8i n<dd; Clear@TD; Print@TableForm@heatvals TableHeadings 8None 8"ti " "Ti "<<DD; ListPlot@heatvals PlotStyle PointSize@.D AxesLabel 8"t" "T"<D D

numericheatd@ 3 D ti... 3. 4.. 6.. Ti..43 64.86.49 8. 8.4 9.8 3. T 3 9 8 6 t 3 4 6 Oppgave En tynn metallstav har venstre ende i kontakt med isvann og høyre ende i kontakt med kokende vann. Beregn steady state tilstanden ved løse den aktuelle differensiallikningen numerisk med 6 delintervaller. Øv på begge rutiner numericheat og NumericHeatD.

6 numericheatd@ 6D ti... 3. 4.. 6.. 8. 9.... 3. 4.. 6. Ti. 6.. 8.. 3. 3. 43.. 6. 6. 68.. 8. 8. 93.. T 8 6 4 t