MA2501 Numeriske metoder

Like dokumenter
TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Numerisk løsning av PDL

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG SIF5045 NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER

Fasit eksamen i MAT102 4/6 2014

1. Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A = 2 1 A =

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

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

Differansemetoder for to-punkts randverdiproblemer. Innledning. Anne Kværnø

s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) 1 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) = 1 s 2 1 s s 2 e s.

EKSAMEN I NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER MED DIFFERANSEMETODER (TMA4212)

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

Fasit MAT102 juni 2016

f (x) = a 0 + a n cosn π 2 x. xdx. En gangs delvisintegrasjon viser at 1 + w 2 eixw dw, 4 (1 + w 2 ) 2 eixw dw.

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

x(x 1)(x 2) p(x) = 3,0 1( 1 1)( 1 2) Newtons interpolasjonsformel: Tabellen over dividerte differenser er gitt ved

TMA4215 Numerisk matematikk

EKSAMEN I NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER MED DIFFERANSEMETODER (TMA4212)

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

TMA4123M regnet oppgavene 2 7, mens TMA4125N regnet oppgavene 1 6. s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s.

L(t 2 ) = 2 s 3, 2. (1. Skifteteorem) (s 2) 3. s 2. (Konvolusjonsteoremet) s 2. L 1 ( Z. = t, L 1 ( s 2 e 2s) = (t 2)u(t 2). + 1

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

1 Oppgave 1 Skriveoppgave Manuell poengsum. 2 Oppgave 2 Code editor Manuell poengsum. 3 Oppgave 3 Skriveoppgave Manuell poengsum

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

MA2501 Numeriske metoder

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

EKSAMEN I FAG SIF5050 NUMERISK LØSNING AV PARTIELLE DIFFERENSIALLIGNINGER VED HJELP AV ELEMENTMETODEN

Løsningsforslag MAT102 - v Jon Eivind Vatne

1. (a) Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A =

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag. Side 1 av 6. Faglig kontakt under eksamen: Navn: Brynjulf Owren (93518)

Eksamensoppgave i TMA4125 EKSEMPELEKSAMEN - LF

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i TMA4180 Optimeringsteori Løsningsforslag.

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

Øving 2. Oppgave 1: Diverse algebra med føring. Oppgave 2: Ligningssystem som tekstoppgave. Oppgave 3: Grafgjenkjenning

Diskretisering av varmeledningsligningen

Masteroppgave i matematikk

EKSAMEN I FAG TMA4220 NUMERISK LØSNING AV PARTIELLE DIFFERENSIALLIGNINGER VED HJELP AV ELEMENTMETODEN

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Stive differensialligninger

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

41070 STABILITET I ELKRAFTSYSTEMER

Partielle differensialligninger. Problemstilling. Anne Kværnø

Homogene lineære ligningssystem, Matriseoperasjoner

=cos. =cos 6 + i sin 5π 6 = =cos 2 + i sin 3π 2 = i.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Eksamensoppgave i TMA4122,TMA4123,TMA4125,TMA4130 Matematikk 4N/M

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, V08

Noen MATLAB-koder. 1 Plotte en vanlig funksjon. Fredrik Meyer. 23. april 2013

Eksamensoppgave i TMA4125 BARE TULL - LF

Numerisk løsning av ODL

NTNU Institutt for matematiske fag. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 8. Oppgave 1. Oppgave 2

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

Viktig informasjon. Taylorrekker

Eksamen TMA desember 2009

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

MA2501 Numeriske metoder

MA2501 Numeriske metoder

MAT1110. Obligatorisk oppgave 1 av 2

EKSAMEN I MATEMATIKK 1000

Optimal kontrollteori

Oblig 3 i FYS mars 2009

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

Øvingsforelesning i Matlab TDT4105

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for Ingeniørutdanning

MA1201/MA6201 Høsten 2016

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

UNIVERSITETET I OSLO

Øvingsforelesning i Matlab TDT4105

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

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

LØSNING, KOMMENTAR & STATISTIKK

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 28/4-2/5

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

UNIVERSITETET I OSLO

Numerisk lineær algebra for Poissons ligning

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

Dette kan selvfølgelig brukes direkte som en numerisk tilnærmelse til den deriverte i et gitt punkt.

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, H06

Numerikk. TMA Matematikk 4N. Einar Baumann

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Numerisk løsning av differensiallikninger Eulers metode,eulers m

Transkript:

MA501 Numeriske metoder Vår 009 Øving 9 Oppgave 1 Bruk vedlagte matlab-program skyt.m til å løse randverdiproblemet x + e x = 0, x(0) = x(1) = 0 Oppgave Gitt startverdiproblemet x = t(x ), x(0) = 1, x (0) = z. Finn φ(z) = x(1), og bruk det til å løse randverdiproblemet x = t(x ), x(0) = 1, x(1) = 1 + π/4. Oppgave 3 (Eksamen SIF 5040 mai 001) La u(x, t) være løsningen til adveksjons-diffusjonsligningen Her er a, b positive konstanter. u t + au x = bu xx u(0, t) = 0, u(1, t) = 0, (t 0) u(x, t) = g(x), (0 < x < 1). Vi ønsker å finne numeriske løsninger til differensialligningen. La u n i være den numeriske tilnærmelsen til u(x i, t n ) hvor x i = i h, t n = n k og h og k er gitt størrelser i x- og t- retningen til et uniformt gitter. Vi diskretiserer i x-retingen med sentral-differenser. a) Bruk forlengs Euler i tidsdiskretiseringen, og sett opp et eksplisitt numerisk skjema. Vis at under følgende stabilitetsbetingelser k h /(b) og h b/a oppfyller skjemaet maksimumsprinsippet, dvs. max u n+1 i i 1 max i u n i.

b) Bruk Baklengs Euler i tidsdiskretiseringen og sett opp et implisitt numerisk skjema. Vis at skjemaet oppfyller maksimumsprinsippet hvis h < b/a. Forklar hvorfor denne betingelsen er mye bedre enn det tilsvarende for det eksplisitte skjemaet. Oppgave 4 Løsningen til den partielle differensialligningen (Poissons ligning) u xx + u yy = 1 i et område D, der u(x, y) er gitt på randen til D, skal tilnærmes ved en differensemetode. Området D er gitt ved D = {(x, y) 0 < x < 1, 0 < y < 1 x}, og u(x, y) = 1 på randen. Vi bruker en skrittlengde h = 0.5, og lar u ij være tilnærmelsen til u(i h, j h). Se figuren. 1 y 0.75 0.5 u 1 0.5 u 11 u 1 0 0 0.5 0.5 0.75 1 x a) Finn de tre ligningene som bestemmer u 11, u 1 og u 1 når sentraldifferenser benyttes for å tilnærme de deriverte. Ligningssystemet i a) kan skrives på formen A u = b der A er en 3 3 matrise, og u og b er vektorer.

b) La u = (u 11, u 1, u 1 ) T (naturlig ordning av de ukjente i vektoren u). Finn A og b. Løs ligningssystemet og finn u 11, u 1 og u 1. Oppgave 5 Løs Burgers ligning ( ) u u t + x = µu xx u(x, 0) = 1.5 x (1 x) u(0, t) = u(1, t) = 0 på området 0 x 1 og 0 t 6. Burgers ligning ble introdusert i 1948 som en matematisk modell som skulle beskrive turbulens. Senere er en kommet fram til at modellen er for enkel til å gi en full beskrivelse av fenomenet. Men fortsatt brukes den som en testligning for numeriske skjemaer som er tenkt brukt til å løse Euler s og Navier-Stokes ligninger. Bruk diskretiseringen u i,j+1 u i,j k + u i+1,j+1 u i 1,j+1 4h i = 1,,, n, = µ u i+1,j+1 u i,j+1 + u i 1,j+1, (1) h j = 0, 1,, m hvor u i,j u(x i, t j ), x i = i h og t j = j k. k og h er skrittlengdene i hhv. t og x-retningen, og n = 1.0/h, m = 6.0/k. Husk at u 0,j, u n,j og u i,0 er gitt fra rand- og initialbetingelsene. Diskretiseringen er implisitt, dvs. at et ikke-lineært ligningssystem må løses mhp. u i,j+1, i = 1,, n 1 for hvert tidsskritt. Dette kan løses vha. Newton s metode, med verdien fra forrige tidsskritt som startverdi Oppgaven går ut på lage et MATLAB-program som løser Burgers ligning vha. diskretiseringen gitt i (1), og som deretter plotter løsningen. Men før du for alvor går igang med programmeringen, så a) sjekk at du virkelig har forstått hvordan man kommer fram til diskretiseringen (1). b) skriv opp det ulinære ligningssystemet du må løse for for hvert tidskritt. Hva er Jacobimatrisa for ligningen? Sett h = k = 0.01 og µ = 0.001, og sett igang med programmeringen. Du kan bruke koden på neste side som utgangspunkt (er lagt ut på hjemmesiden). Hint: I MATLAB lønner det seg vanligvis å operere direkte på vektorer. Det betyr at f.eks. 3

u(:n-1) = p*(u(1:n-)-*u(:n-1)+u(3:n))); er det samme som for i=:n-1 u(i) = p*(u(i-1)-*u(i)+u(i+1)); men første alternativ går mye raskere. Lag eventuelt en animasjon av løsningen. MATLAB-kode: % Forberedelser %------------- h=0.01; % Skrittlengder i x- og t- retning. k=0.01; xend = 1; tend = 6; n = xend/h+1; % Antall diskretiseringspunkter i hhv. x- og t- m = tend/k+1; % retning, randpunktene inkludert. m.e-3 u = zeros(n,m); % Lager en matrise som etterhvert skal inneholde % l{\o}sningen x=[0:h:xend] ; t=[0:k:tend]; u(:,1) = 1.5*x.*(1-x).^; % Legger startverdiene i 1. kolonne i u. % Hovedloekke %------------- for j=1:m-1 u(:,j+1) = u(:,j); % Setter startverdien til Newton-iterasjonene % lik verdien i forrige skritt. du = ones(n-,1); % Newton-iterasjoner. while norm(du,) > 1.e-4 %==================================================================== % Denne biten maa du fylle ut selv. Den best{\aa}r av: % Regn ut funksjonen f(u): % Finn Jacobi-matrisa : % Sett: du = -J\f (l{\o}s ligningssystemet) og sett u(:n-1,j+1) = 4

% u(:n-1,j+1) + du; %==================================================================== % Plotter l{\o}sningen mesh(x,t,u ); view( -15,35); % Bestemmer vinkelen du ser plottet fra. xlabel( x ); ylabel( t ); 5