Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Методи розв’язування скінчених рівнянь у задачах електроенергетики




 

Рівняння виду

, (1)

де - вектор багатомірного аргументу називають скінченими рівняннями. Сюди належать системи лінійних і нелінійних алгебраїчних рівнянь, алгебраїчні й трансцендентні рівняння однієї змінної.

У розгорнутому вигляді запишемо:

(2)

У випадку однієї змінної (1) й (2) перетворюються у f(x)=0.

Деяке числове значення , яке задовольняє рівняння (1), називається розв’язкою, або розв’язанням.

Методи розв’язування рівнянь поділяються на аналітичні, графічні та чисельні. Крім того, розрізняють точні та наближені методи.

Точні – це аналітичні, які дають розв’язання за алгоритмом зі строго визначеною кількістю кроків при абсолютно точних обчисленнях.

До наближених відносять чисельні та графічні методи.

Найефективнішими наближеними методами розв’язування рівнянь є чисельні. Суть їх полягає у послідовних уточненнях деяких грубих, так званих нульових наближень розв’язання .

Якщо процес уточнення збіжний, тобто послідовні наближення прямують до певного стійкого значення, розв’язання на k-му кроці обчислень та знаходження коренів рівнянь можна здійснювати як завгодно точно. Ця особливість, а також простота програмної реалізації і визначили їх дальше найширше використання.

Вивчення методів розв’язування скінчених рівнянь має надзвичайно важливе значення для задач електроенергетики. Практично у всіх задачах аналізу, синтезу й керування енергетичних систем і їх елементів виникає необхідність розв’язання різних типів скінчених рівнянь.

До чисельних відноситься метод половинного ділення.

 

Метод половинного ділення

 

Для знаходження кореня рівняння f(x)=0, відділеного в проміжку [a;b],проміжок ділять навпіл. Якщо , то ― корінь рівняння. Інакше вибирають половину проміжку чи , на кінцях якого функція має протилежні знаки. Новий проміжок знову ділять пополам.

Метод хорд

 

Інтервал відділення кореня [a;b] під час його уточнень ділиться пропорційно значенням функції на границях інтервалу у відношеннях (“-“ тому, що f(a)f(b)<0). Тоді:

 

 

. (*)

 

Отже, функція замінюється хордою, яка перетинає функцію в точках, що відповідають границям абсцис інтервалу.

Наступні уточнені значення кореня знаходять шляхом послідовного застосування (*) до того з відрізків , для якого аж до досягнення заданої точності.

Абсолютна похибка відхилення наближеного значення на k-му кроці обчислень від дійсного кореня :

,

де M, N – найбільше та найменше значення модуля похідної df(x)dx в інтервалі .

 

Метод простої ітерації (послідовного наближення)

 

 

f(x)=0 x =φ(x)

 

Підставимо значення , одержимо нове значення кореня і т.д.

.

 

Метод Ньютона (дотичних)

 

,

де

       
   
 
 

 

 


§ 5.2. Аналітичні методи розв’язування системи лінійних рівнянь

 

У випадку лінійної системи рівнянь вектор-функція (1) набирає вигляду матрично-векторного рівняння:

, (4)

 

. (3)

 

Якщо А – неособлива (det≠0), то (3) має єдиний розв’язок:

, (5)

 

де ; ,

 

в якій - алгебраїчні доповнення елементів транспонованої матриці коефіцієнтів рівняння (3).

При високих порядках (4) пряме знаходження оберненої матриці вимагає виконання великого обсягу обчислень з необхідністю визначення алгебраїчних доповнень.

Шляхом простих перетворень (5) одержуємо розв’язання (3) у вигляді алгоритму Крамера, згідно з яким вектор-стовпець невідомих:

, (6)

 

де , (7)

 

який одержується з матриці коефіцієнтів А шляхом заміни її і -го стовпця вектор-стовпцем вільних членів b.

У формулі (6) здійснюється n-разове розкриття детермінанта (7) матриці n-го порядку, тоді як у (5) разів розкриваються детермінанти матриці (n-1)-го порядку. Оскільки з погляду розкриття детермінанту n-го порядку виконується стільки ж операцій, що й під час розкриття (n-1)-го порядку, то з погляду обсягу обчислень формули (5) і (6) рівноцінні й дуже трудомісткі. Тому розробленні прямі методи розв’язання (3): методи Гауса, метод квадратних коренів, метод Халицького й інші.

§ 5.2.1 Метод Гауса

Суть методу – методу послідовних виключень – полягає у зведенні матриці (3) до трикутної (верхньо- чи нижньо-трикутної) – прямий хід виключень чи до діагональної - прямий і зворотний хід виключень.

Для зведення матриці рівняння (3) до трикутної необхідно виконати поетапне множення цього рівняння на n n - мірну матрицю, значення елементів якої залежить від порядкового номера компонента .

Для необхідно рівняння помножити зліва на матрицю.

,

тоді отримаємо

або

 

для

 

одержимо

 

В результаті отримаємо:

 

. (8)

 

Зведення вихідного рівняння до вигляду (8) називається “прямим ходом”, дії якого полягають у перемноженні цього рівняння почергово на матриці , що перетворюють матрицю А верхню трикутну. Використовуючи (8), можна знайти всі компоненти , починаючи від .

В результаті здійснення оберненого ходу (множення почергово на матриці ). А рівняння (3) зводиться до діагональної:

отримуємо рівняння, яке множимо на .

В результаті отримуємо:

 

.

 

Для визначення вектора х необхідно (9) перемножити на матрицю:

 

.

§ 5.2.2 Ітераційні методи

1) Метод простої ітерації.

Для застосування простої ітерації f(x)=0 запишемо у вигляді:

 

,

 

де - діагональна від А;

або

 

Компактно: . (*)

Процес простої ітерації полягає у поступовому підставленні в праву частину рівняння (*) попереднього наближення, що на k+1-му кроці обчислень здійснюється за формулою:

.

За нульове наближення , коли не відомі додаткові умови, приймають вектор , тобто = .

У процесі ітерації дістаємо послідовність наближень:

 

Для одержання розв’язання рівняння необхідно, щоб обчислення було збіжним, тобто значення при необмеженому зростанні k повинно прямувати до певної границі.

Достатньою умовою збіжності є те, що будь-яка з нормальної матриці В<1,

||В||<1

1) m – норма – найбільша сума по рядах матриці

;

 

2) e – норма – найбільша сума по стовпцях матриці

;

3) k – норма – дорівнює кореню із суми:

;

 

Метод простої ітерації має порівняно невисоку швидкість збіжності.

§ 5.2.3 Метод ітерації Зайделя

Під час знаходження наближень “старших” невідомих підставляємо наближене значення “молодших”, одержаних не на попередньому, а на цьому кроці (тобто не .

Це означає, що процес ітерації можна здійснити так:

Швидкість збіжності набагато вища.





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-11-24; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 504 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Чтобы получился студенческий борщ, его нужно варить также как и домашний, только без мяса и развести водой 1:10 © Неизвестно
==> читать все изречения...

2432 - | 2320 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.012 с.