Uvod k pocatecnimu problemu pro obycejne diferencialni

Podobné dokumenty
ODR metody Runge-Kutta

5.3. Implicitní funkce a její derivace

ekologie Pavel Fibich rovnice rovnice Pavel Fibich Shrnutí Literatura

Derivace a monotónnost funkce

úloh pro ODR jednokrokové metody

řešeny numericky 6 Obyčejné diferenciální rovnice řešeny numericky

Q(y) dy = P(x) dx + C.

Numerické řešení diferenciálních rovnic

Řešení "stiff soustav obyčejných diferenciálních rovnic

Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic

metody jsou proto často jedinou možností jak danou diferenciální rovnicivyřešit.

Numerická matematika. Zadání 25. Řešení diferenciální rovnice Rungovou Kuttovou metodou

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Test M1-ZS12-2 M1-ZS12-2/1. Příklad 1 Najděte tečnu grafu funkce f x 2 x 6 3 x 2, která je kolmá na přímku p :2x y 3 0.

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

Kapitola 10: Diferenciální rovnice 1/14

Definice Řekneme, že funkce z = f(x,y) je v bodě A = [x 0,y 0 ] diferencovatelná, nebo. z f(x 0 + h,y 0 + k) f(x 0,y 0 ) = Ah + Bk + ρτ(h,k),

diferenciální rovnice verze 1.1

8.4. Shrnutí ke kapitolám 7 a 8

Matematika 1 pro PEF PaE

Matematická analýza III.

9.2. Zkrácená lineární rovnice s konstantními koeficienty

5. cvičení z Matematiky 2

4. Diferenciál a Taylorova věta

8.3). S ohledem na jednoduchost a názornost je výhodné seznámit se s touto Základní pojmy a vztahy. Definice

Extrémy funkce dvou proměnných

1 Funkce dvou a tří proměnných

Úvodní informace. 17. února 2018

Diferenciální rovnice a jejich aplikace. (Brkos 2011) Diferenciální rovnice a jejich aplikace 1 / 36

Maple. Petr Kundrát. Ústav matematiky, FSI VUT v Brně. Maple a základní znalosti z oblasti obyčejných diferenciálních rovnic.

Obsah Obyčejné diferenciální rovnice

I. Diferenciální rovnice. 3. Rovnici y = x+y+1. převeďte vhodnou transformací na rovnici homogenní (vzniklou

Obyčejné diferenciální rovnice (ODE)

Diferenciální počet funkcí více proměnných

- funkce, které integrujete aproximujte jejich Taylorovými řadami a ty následně zintegrujte. V obou případech vyzkoušejte Taylorovy řady

metody jsou proto často jedinou možností jak danou diferenciální rovnicivyřešit.

Derivace funkce Otázky

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

11. přednáška 10. prosince Kapitola 3. Úvod do teorie diferenciálních rovnic. Obyčejná diferenciální rovnice řádu n (ODR řádu n) je vztah

Derivace funkce DERIVACE A SPOJITOST DERIVACE A KONSTRUKCE FUNKCÍ. Aritmetické operace

verze 1.3 kde ρ(, ) je vzdálenost dvou bodů v R r. Redukovaným ε-ovým okolím nazveme ε-ové okolí bodu x 0 mimo tohoto bodu, tedy množinu

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

Nalezněte hladiny následujících funkcí. Pro které hodnoty C R jsou hladiny neprázdné

0 = 2e 1 (z 3 1)dz + 3z. z=0 z 3 4z 2 + 3z + rez. 4. Napište Fourierův rozvoj vzhledem k trigonometrickému systému periodickému

NOSNÍK NA PRUŽNÉM PODLOŽÍ (WINKLEROVSKÉM)

Newtonova metoda. 23. října 2012

Numerické metody a statistika

Numerická matematika 1

1 Modelování systémů 2. řádu

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 16. ledna 2009

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

Management rekreace a sportu. 10. Derivace

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

1.1 Existence a jednoznačnost řešení. Příklad 1.1: [M2-P1] diferenciální rovnice (DR) řádu n: speciálně nás budou zajímat rovnice typu

Studijní text pro obor G+K Katedra matematiky Fakulta stavební ROVNICE. Doc. RNDr. Milada Kočandrlová, CSc.

Příklady pro předmět Aplikovaná matematika (AMA) část 1

Obyčejnými diferenciálními rovnicemi (ODR) budeme nazývat rovnice, ve kterých

Diferenciální rovnice 1

Radiologická fyzika základy diferenciálního počtu derivace a tečny, integrály a plochy diferenciální rovnice

III. Diferenciál funkce a tečná rovina 8. Diferenciál funkce. Přírůstek funkce. a = (x 0, y 0 ), h = (h 1, h 2 ).

9. cvičení z Matematické analýzy 2

1. Je dána funkce f(x, y) a g(x, y, z). Vypište symbolicky všechny 1., 2. a 3. parciální derivace funkce f a funkce g.

Diferenciál a Taylorův polynom

I. 7. Diferenciál funkce a Taylorova věta

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

Numerické řešení diferenciálních rovnic

Nalezněte obecné řešení diferenciální rovnice (pomocí separace proměnných) a řešení Cauchyho úlohy: =, 0 = 1 = 1. ln = +,

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.


DERIVACE FUNKCE, L HOSPITALOVO PRAVIDLO

Drsná matematika III 6. přednáška Obyčejné diferenciální rovnice vyšších řádů, Eulerovo přibližné řešení a poznámky o odhadech chyb

MATEMATIKA V MEDICÍNĚ

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

Teorie. Hinty. kunck6am

1. Obyčejné diferenciální rovnice

Diferenciální rovnice I

Změna koeficientů PDR při změně proměnných

Monotonie a lokální extrémy. Konvexnost, konkávnost a inflexní body. 266 I. Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

4 Numerické derivování a integrace

0.1 Úvod do matematické analýzy

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

22. & 23. & 24. Vlastnosti funkcí a jejich limita a derivace

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) LDR druhého řádu VMAT, IMT 1 / 22

Diferenciální rovnice II

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

Derivace funkcí více proměnných

y = 2x2 + 10xy + 5. (a) = 7. y Úloha 2.: Určete rovnici tečné roviny a normály ke grafu funkce f = f(x, y) v bodě (a, f(a)). f(x, y) = x, a = (1, 1).

Řešení diferenciálních rovnic v MATLABu

Napište rovnici tečné roviny ke grafu funkce f(x, y) = xy, která je kolmá na přímku. x = y + 2 = 1 z

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

Matematická analýza III.

. 1 x. Najděte rovnice tečen k hyperbole 7x 2 2y 2 = 14, které jsou kolmé k přímce 2x+4y 3 = 0. 2x y 1 = 0 nebo 2x y + 1 = 0.

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Šesté cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

Funkce zadané implicitně

Transkript:

Uvod k pocatecnimu problemu pro obycejne diferencialni rovnice Budeme resit ulohu mnozeni bakterii. Na zacatku mame jedinou bakterii a vime, ze za urcity cas se takova bakterii rozmnozi na 2. Zajima nas pocet bakterii v case t. Uloha se da zapsat jako reseni obycejne diferencialni rovnice (ODE) dn(t) = kn(t), (1) dt kde N(t) vyjadruje pocet bakterii v case t. Pocatecni podminka je N(0) = 1. Rovnice nam konkretne rika, ze za jednotku casu se nam rozmnozi kazda bakterie k-krat. Stejna rovnice popisuje take napriklad ubytek danych radionuklidu pri radioaktivnim rozpadu. V tomto pripade je k < 0. My ulohu jeste trochu zobecnime a budeme predpokladat, ze k neni konstanta, ale funkce casu k(t). Napriklad, ze bakterie se mnozi predevsim, kdyz je teplo, tedy v lete. Naopak v zime se nam nebudou mnozit vubec. Tuto casovou zavislost vyjadrime jako k(t) = (1 + cos t). Mame tedy resit ODE dn(t) = (1 + cos t)n(t), (2) dt s pocatecni podminkou N(0) = 1. Muzete se pokusit uhadnout analyticke reseni ulohy. Pokud se vam to nepodari, prozradim vam, ze to je V prednaskach se ODE zapisuji takto N(t) = exp(t + sin t). (3) dy(x) = f(x, y(x)). (4) dx Budeme se tohoto znaceni drzet a preznacime promenne, dy(x) = (1 + cos x)y(x), (5) dx Zatim zapomeneme, ze zname analyticke reseni. Co tedy o uloze vime. Zname hodnotu funkce y(x) v bode 0 a zname vsude jeji derivaci. Chceme pritom najit postup, jak ziskat funkcni hodnoty y(x) v libovolnem bode x. To, ze zname derivaci znamene, ze zname smernici tecny grafu. Muzeme tedy zacit v bode 0 nakreslit z tohoto bodu tecnu a hodnotu funkce y(x) v bode blizkem k 0 hledat na teto tecne. V novem bode muzeme opet vypocitat smernici tecny a postupovat po primce s touto smernici. Tento 1

postup je znam jako Eulerova metoda. Matematicky ji lze odvodi pomoci Taylorova rozvoje funkce. y(x + h) = y(x) + h dy(x) dx +..., (6) Derivace y(x) je ale rovna f(x, y(x)). Pro nasi funkci tedy mame y(x + h) = y(x) + h(1 + cos x)y(x) +..., (7) Jedine, cim muzeme Eulerovu metodu zpresnit je zmensit delku kroku. Muzeme vsak metodu zkusit modifikovat tak, abychom dostali presnejsi vyjadreni smernice tecny. Rekneme, ze nejprve udelame polovicni krok, tedy krok o h/2 pomoci Eulerovy metody. V tomto bode vypocitame novou smernici tecny, ktera se bude rovnat f(x + h/2, y(x) + h/2f(x, y(x))). Tuto smernici pak pouzijeme ke kroku z bodu x do bodu x + h. Metoda tedy je y(x + h) = y(x) + hf(x + h/2, y(x) + h/2f(x, y(x))), (8) a pro nasi funkci y(x + h) = y(x) + h(1 + cos(x + h/2))(y(x) + h/2(1 + cos x)y(x)). (9) 2

Teto metode se rika metoda stredniho bodu (Midpoint) a je znazornena na dalsim obrazku. Pro nasi funkci neni pri volbe dlouheho kroku vhodna, viz. jeste dalsi obrazek. Dalsi jednoducha metoda spociva v tom, ze se pokusime odhadnout smernici tecny v bode x + h, pote udelame prumer smernic tecny v bode x a v bode x+h a po primce s touto smernici postupujeme. Do bodu x+h se opet 3

dostaneme pomoci Eulerovy metody a smernici tecny v tomto bode muzeme tedy napsat jako f(x + h, y(x) + hf(x, y(x))). Metoda tedy je y(x + h) = y(x) + h/2[f(x, y(x)) + f(x + h, y(x) + hf(x, y(x)))], (10) a pro nasi funkci y(x+h) = y(x)+h/2[(1+cos x)y(x)+(1+cos(x+h))(y(x)+h(1+cos x)y(x))]. (11) Teto metode se rika Heunova a je znazornena na dalsim obrazku a pro nasi funkci i na obrazku pod tim. 4

Vsechny metody v tomto textu patri mezi Runge-Kuttovy metody. 5