İleri Diferansiyel Denklemler

Benzer belgeler
İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

HOMOGEN OLMAYAN DENKLEMLER

Mühendislikte Sayısal Çözüm Yöntemleri NÜMERİK ANALİZ. Prof. Dr. İbrahim UZUN

İleri Diferansiyel Denklemler

İleri Diferansiyel Denklemler

SAYISAL ÇÖZÜMLEME. Sayısal Çözümleme

Yüksek basamaktan tek adım Sonlu Fark Yöntemleri

Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. BÖLÜM 7. Adi Diferansiyel Denklemlerin Sayısal Çözümü

İleri Diferansiyel Denklemler

4. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

Bir özvektörün sıfırdan farklı herhangi bri sabitle çarpımı yine bir özvektördür.

İleri Diferansiyel Denklemler

Ayrık Fourier Dönüşümü

İleri Diferansiyel Denklemler

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

F dür ile çarpılırsa, 1 aylık faiz bulunur. 12. F formülünü kullanmak bir zorunluluk değildir. 100 Ancak formülle de sonuca gidilebilir.

SAYISAL ÇÖZÜMLEME Yrd. Doç. Dr. Adnan SONDAŞ Sayısal Çözümleme

2. (x 1 + x 2 + x 3 + x 4 + x 5 ) 10 ifadesinin açılımında kaç terim vardır?

1. Hafta SAYISAL ANALİZE GİRİŞ

3.Hafta Master Teorem ve Böl-Fethet Metodu

6. Sunum: Manye-k Bağlaşımlı Devreler. Kaynak: Temel Mühendislik Devre Analizi, J. David IRWIN-R. Mark NELMS, Nobel Akademik Yayıncılık

VERİ MADENCİLİĞİ (Kümeleme) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

13.Konu Reel sayılar

Newton Metodu. Nümerik Kök Bulma. Mahmut KOÇAK ESOGU FEN-ED.FAK. MATEMATİK BÖLÜMÜ. mkocak

Değişken içeren ve değişkenlerin belli değerleri için doğru olan cebirsel eşitliklere denklem denir.

5. Salih Zeki Matematik Araştırma Projeleri Yarışması PROJENİN ADI DİZİ DİZİ ÜRETEÇ PROJEYİ HAZIRLAYAN ESRA DAĞ ELİF BETÜL ACAR

DC DEVRE ÇÖZÜM YÖNTEMLERİ

* DC polarma, transistörün uçları arasında uygun DC çalışma gerilimlerinin veya öngerilimlerin sağlanmasıdır.

İleri Diferansiyel Denklemler

EŞİTLİK KISITLI TÜREVLİ YÖNTEMLER

Ayrık-Zaman Sistemler

VEKTÖR UZAYLARI 1.GİRİŞ

Doğrusal Denklem Sistemlerini Cebirsel Yöntemlerle Çözme. 2 tişört + 1 çift çorap = 16 lira 1 tişört + 2 çift çorap = 14 lira

II. DERECEDEN DENKLEMLER Test -1

ELN1002 BİLGİSAYAR PROGRAMLAMA 2

Alıştırmalar 1. 1) Aşağıdaki diferansiyel denklemlerin mertebesini ve derecesini bulunuz. Bağımlı ve bağımsız değişkenleri belirtiniz.

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 6 Çözümler

DENKLEMLER CAUCHY-EULER DENKLEMİ. a n x n dn y dx n + a n 1x n 1 dn 1 y

Fiziksel Sistemlerin Matematik Modeli. Prof. Neil A.Duffie University of Wisconsin-Madison ÇEVİRİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU 2012

KİNETİK MODEL PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİNDE KULLANILAN OPTİMİZASYON TEKNİKLERİNİN KIYASLANMASI

SAYISAL ANALİZ. Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ. Sayısal Analiz. Doç.Dr. Cüneyt BAYILMIŞ

ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ÖLÇME VE DEVRE LABORATUVARI DENEY 2

Âna nirengi doğrultuları için p = 1 m 2 o Ara nirengi doğrultuları için p a = m\

A GRUBU Her bir yüzü düzgün beşgen olan düzgün 12-yüzlünün kaç ayrıtı vardır? A) 30 B) 24 C) 12 D) 36 E) 48

Tanım: (1. Tip Üretken Fonksiyonlar) (a r ) = (a 1, a 2, a 3,,a r, ) sayı dizisi olmak üzere, (a r ) dizisinin 1. Tip üretken fonksiyonu

Şeklinde çok sayıda diferansiyel denklemden oluşan denklem sistemleridir. Denklem sayısı = bağımlı değişken eşitliği sağlanmasıdır.

Başlangıç Temel Programının Bilinmemesi Durumu

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

4.3. Türev ile İlgili Teoremler

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

İKİNCİ DERECEDEN DENKLEMLER

İleri Diferansiyel Denklemler

Bir Doğrusal Programlama Modelinin Genel Yapısı

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

Şekil 7.1 Bir tankta sıvı birikimi

1.GRUPLAR. c (Birleşme özelliği) sağlanır. 2) a G için a e e a a olacak şekilde e G. vardır. 3) a G için denir) vardır.

Bir işaretli büyüklük sayısında en soldaki basamak bir işaret içerir. Diğer basamaklarda ise sayısal değerin büyüklüğü (mutlak değeri) gösterilir.

NEWTON RAPHSON YÖNTEMİ

ELKE315-ELKH315 Introduction to Control Systems FINAL January 2, 2016 Time required: 1.5 Hours

Projenin Amacı: Çok kullanılan trigonometrik oranların farklı ve pratik yöntemlerle bulunması

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

eğim Örnek: Koordinat sisteminde bulunan AB doğru parçasının

Sembolik Programlama1. Gün. Sembolik Programlama. 20 Eylül 2011

ÖZEL EGE LĠSESĠ. ġeklġndekġ ĠFADELERĠN. SADELEġTĠRĠLEMEZ VEYA SADELEġTĠRĠLEBĠLĠR OLMASI ĠÇĠN GEREKEN KOġULLAR

Şimdi de [ ] vektörünün ile gösterilen boyu veya büyüklüğü Pisagor. teoreminini iki kere kullanarak

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

1. GRUPLAR. c (Birleşme özelliği) sağlanır. 2) a G için a e e a a olacak şekilde e G (e ye birim eleman denir) vardır.

Projenin Adı: Metalik Oranlar ve Karmaşık Sayı Uygulamaları

Ayrık zamanlı sinyaller için de ayrık zamanlı Fourier dönüşümleri kullanılmatadır.

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

NÜMER IK ANAL IZ. Nuri ÖZALP. Sabit Nokta ve Fonksiyonel Yineleme. Bilimsel Hesaplama Matemati¼gi

Sistem Dinamiği ve Kontrolü Bütünleme 26 Ocak 2017 Süre: 1.45 Saat. Adı ve Soyadı : İmzası : Öğrenci Numarası :

Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü İNŞ-201 Nümerik Analiz Dersi Final Sınavı

OKUL ADI : ÖMER ÇAM ANADOLU İMAM HATİP LİSESİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM YILI : DERSİN ADI : MATEMATİK SINIFLAR : 9

Örnek...3 : Aşağıdaki ifadelerden hangileri bir dizinin genel terim i olabilir?

İleri Diferansiyel Denklemler

Runge-Kutta Metodu. Runge-Kutta metodu

Matris Cebiriyle Çoklu Regresyon Modeli

Diferensiyel Denklemler I Uygulama Notları

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

OYAK ADANA - BALIKESİR - BATMAN - BOLU - DÜZCE HATAY - KAHRAMANMARAŞ - MARDİN - ORDU RİZE - SAKARYA - SİVAS - TEKİRDAĞ - ZONGULDAK 7 NİSAN 2012

12. DC KÖPRÜLERİ ve UYGULAMALARI

Transkript:

MIT AçıkDersSistemi http://ocw.mit.edu 18.034 İleri Diferansiyel Denklemler 2009 Bahar Bu bilgilere atıfta bulunmak veya kullanım koşulları hakkında bilgi için http://ocw.mit.edu/terms web sitesini ziyaret ediniz. Sayfa 1

Adi Diferansiyel Denklemlerin Çözümleri için Adım Boyu Uyarlamalı Sayısal Yöntemler Oleg Golberg 19 Mayıs 2007 1. Giriş başlangıç değer problemini ele alalım. değerinin yaklaşık değerini bulmaya yönelik Runge- Kutta yöntemine benzer pek çok sayısal algoritma, aralığında seçilen bir noktalar kümesi için hesaplama yapar. Seçilen noktalar genellikle adım boyuna sahip bir aritmetik seri oluşturur. adım boyu küçüldükçe, algoritmalar daha hassas sonuçlar verirler. Ancak, pratikte nin yaklaşık değerini verilen bir hassasiyete göre bulmak gerektiğinden için uygun bir değer seçme problemiyle karşılaşırız. Algoritmanın bir iterasyonu izin verilen hatadan daha büyük hata veriyorsa, yi ikiye bölmek şeklindeki bir naif yaklaşım çoğunlukla tatmin edici sonuçlar verir. Bu yaklaşımda bir önceki iterasyondan elde edilen tüm sonuçlar göz ardı edilir. Bu bilgiyi izin verilen büyüklükte bir hata üretecek dereğini tahmin etmekte kullanmak da mümkündür. h için uyarlamalı bir iterasyon kullanarak algoritmayı hesaplama açısından daha verimli hale getirebiliriz. Runge-Kutta ve diğer algoritmalar için de benzer yöntemler bulunsa da, kolay olması açısından, uyarlamalı adım boyu yöntemini Euler integrasyonuna nasıl uygulanacağını göstereceğiz. Euler integrasyonundan kaynaklanan hatayı tahmin ederek için bir uyarlamalı yineleme (recurrence) bağıntısı elde edip, uyarlamalı ve naif yöntemlerin hesaplama verimliliğini karşılaştıracağız. (1) 2. Standart Euler İntegasyonu ile aynı şekle sahip bir başlangıç değer problemini ele alalım. değerinin noktasındaki yaklaşık değerini bulmak istediğimizi varsayalım. Bu amaçla aralığını her birinin uzunluğu olan aralığa bölelim. Ortalama değer teoreminden her için (2) eşitliğini elde ederiz. Burada belli bir sayı olmak üzere, Sayfa 2

dir. Bu gözlem, adi diferansiyel denklemlerin çözümünde sıkça kullanılan basit bir sayısal yöntem olan Euler integrasyonunu (metodunu) ortaya çıkarır. için olsun. Bu durumda, yinelemeli dizi olarak tanımlanır. (2) den dolayı (4)'ün her adımında ortaya çıkan hata, değeri ile orantılı olmak üzere, dir. Pratikte, çoğu zaman çözümünün yaklaşık değerini, verilen bir hassasiyette bulmaya ihtiyacımız vardır. Eğer bir sabit adım boyu ile standart Euler integrasyonunu kullanırsak, katsayısı hakkında herhangi bir sonuca ulaşamayız. Bu nedenle, istenen hassasiyetle ye yaklaşana kadar, nin büyük değerleri için iterasyon yapmaya ihtiyacımız vardır. Başka bir deyişle, bir dizisi oluşturarak, için ve bağıntılarını kullanarak değeri yeterince küçük oluncaya kadar değerini hesaplamaya ihtiyacımız vardır. Eğer algoritmanın uygulamasında reel sayıların sabit hassasiyetli gösterimleri kullanılırsa, ki pratikte genelde yapılan budur, (5)'in her adımının karmaşıklığı sabittir. Bu nedenle değerini -adım integrasyonla hesaplamanın karmaşıklığı ile doğrusal olarak artar. istenen hassasiyete ulaşmak için gerekli en küçük adım sayısı olsun. Bu durumda hedefimiz (5)'in toplam iterasyon sayısını azaltmak ve den çok büyük olan sayılarından kaçınmak olur. Bir doğal yol, her iterasyonda adım sayısını iki katına çıkarmaktır. Başka bir deyişle şeklinde bir basit yineleme ile verilir. Bu şekilde iterasyon gerekir ve kullandığımız lerin toplamı i geçmez. (3) (4) (5) 3. Uyarlamalı Adım Boyu Yöntemi Euler intregrasyon algoritmasının her iterasyonunun, değerinin her adımda iki katına çıkarıldığı basit yaklaşımda kullanılandan daha fazla veri sağladığı kolaylıkla görülebilir. Üstelik, istenen hassasiyet düzeyi bir sonraki iterasyon için adım boyu hesaplanırken kullanılmaz. Bu probleme getirilebilecek ve algoritmayı optimize edecek çözümlerden biri her adımın meydana getireceği hataya bakmaktır. (5) iterasyonunun her adımının şeklinde bir hataya neden olduğunu ve nin değişim hızının ile orantılı olduğunu bulmuştuk. Her adım için hatayı Sayfa 3

(6) şeklinde tanımlayalım. O zaman eşitsizliğinin sağlandığı durumları arıyoruz. Eğer (2) deki katsayısının sabit olduğunu kabul edersek, nin yaklaşık değerini daha etkili verecek bir dizisi oluşturabiliriz. Eğer sabit olursa, değerini hesaplarken oluşan birikmiş hata, bir sabit olmak üzere, olur. ve adım boyuna sahip iki farklı iterasyonu ele alalım. Her iterasyondaki hatanın tanımını hatırlayacak olursak, (7) (8) (9) denklemlerini elde ederiz. Birinciden ikinciyi çıkararak, (10) (11) buluruz. Sonraki iterasyonda istenen aralıkta bir hata elde etmek için gerektiğini bulalım. ün hangi şartı sağlaması (12) (13) Böylelikle, dizisi tarafından belirlenen ve bir katsayısı için (14) şeklinde tanımlanan basit uyarlamalı adım boyu algoritması elde etmiş oluruz. 4. Karşılaştırma Sayfa 4

Aşağıdaki başlangıç değer problemini kullanarak naif iterasyon çiftleme kullanılan Euler integralleme algoritması ile yukarıda gösterilen uyarlamalı adım boyu algoritmasının verimliliğini karşılaştıralım: Euler integrasyonun verimliliğini, naif katlama iterasyonu ve uyarlamalı adım boyu metodunu kullanarak, başlangıç değer problemine uygulayarak karşılaştıralım Amaç ten küçük bir hatayla değerini yaklaşık olarak bulmaktır. Aşağıda Euler integrasyonunun basit bir uygulamasını 8-ondalıklı kayan noktalı sayılar kullanan Common Lisp programını kullanarak yapacağız. (15) (15) başlangıç değer probleminin tam çözümü kolaylıkla (16) şeklinde bulunabilir. Bu durumda y(1) ~ 64.897 olur. İlk adım boyunu ile tanımlanan dizisi için önce değerlerini hesaplayalım. seçelim ve Sayfa 5

Bu nedenle, 17 iterasyon gerekir ve yaklaşık değeri hesaplamanın maliyeti, (5) deki bir adımın hesaplama maliyeti (bizim uygulamamızda sabit) olmak üzere, (17) olarak bulunur. Şimdi ilk adım boylarını muhafaza edelim fakat (14) uyarlamalı yinelemesini katsayısıyla kullanalım. İlk iki yaklaşık değer aynıdır. İzin verilen hata olduğu için (18) elde ederiz. Bu durumda sınıra yakın bir hata verdi. olur. Beklendiği gibi iterasyon izin verilen (19) olduğu görülür. Bir sonraki iterasyonda (20) olduğundan olur. Dördüncü iterasyon istenen duyarlılıkta (21) yaklaşık değerini verir. Böylece, bir basit uyarlamalı adım yöntemi kullanıldığında, gereken iterasyon sayısı sadece 4 ve toplam hesap maliyeti (22) olur. Bu maliyet adım sayısı katlanarak elde edilen yaklaşımın maliyetinin yaklaşık yarısıdır. 5. Sonuç Uyarlamalı adım boyu yöntemini Euler integrasyonuna nasıl başarıyla uygulayacağımızı ve hesaplamayı daha verimli yapabileceğimizi gördük. Benzer fakat daha gelişmiş yöntemler, Runge-Kutta gibi daha verimli sayısal yöntemlere uygulanarak, pratikte de sıkça kullanılan Sayfa 6

Runge-Kutta-Fehlberg ve Dormand-Prince yöntemleri gibi yöntemler geliştirilebilir. Örneğin Dormand-Prince yöntemi Matlab ın adi diferansiyel denklem çözücülerinin birinde kullanılmaktadır. Sayfa 7