Дифференциальные уравнения первого порядка
Дифференциальное уравнение первого порядка — это уравнение, которое не содержит производных выше первого порядка от неизвестной функции. На Рисунке 1 показан пример того, как решить относительно простое дифференциальное уравнение:
с начальными условиями: y(0) = 4
Функция rkfixed на Рисунке 1 использует для поиска решения метод Рунге-Кутты четвертого порядка. В результате решения получается матрица, имеющая два следующих столбца:
Первый столбец содержит точки, в которых ищется решение дифференциального уравнения.
Второй столбец содержит значения найденного решения в соответствующих точках.
Рисунок 1: Решение дифференциального уравнения первого порядка.
Функция rkfixed имеет следующие аргументы:
rkfixed ( y, x1, x2, npoints, D)
y = | Вектор начальных условий размерности n, где n — порядок дифференциального уравнения или число уравнений в системе (если решается система уравнений). Для дифференциального уравнения первого порядка, как, например, для уравнения, приведенного на Рисунке 1, вектор начальных значений вырождается в одну точку y0 = y(x1). |
x1, x2 = | Граничные точки интервала, на котором ищется решение дифференциальных уравнений. Начальные условия, заданные в векторе y, — это значение решения в точке x1. |
npoints = | Число точек (не считая начальной точки), в которых ищется приближенное решение. При помощи этого аргумента определяется число строк (1 + npoints) в матрице, возвращаемой функцией rkfixed. |
D (x, y) = | Функция, возвращающая значение в виде вектора из n элементов, содержащих первые производные неизвестных функций. |
Наиболее трудная часть решения дифференциального уравнения состоит в определении функции D(x, y), которая содержит вектор первых производных от неизвестных функций. В примере, приведенном на Рисунке 1, было достаточно просто разрешить уравнение относительно первой производной , и определить функцию D(x, y). Иногда, особенно в случае нелинейных дифференциальных уравнений, это может быть трудно. В таких случаях иногда удаётся разрешить уравнение относительно в символьном виде и подставить это решение в определение для функции D(x, y). Используйте для этого команду Решить относительно переменной из меню Символика.
Рисунок 2: Более сложный пример, содержащий нелинейное дифференциальное уравнение.
- Буквенные индексы
- Ниже приводится полный список предопределенных переменных Mathcad и их значений по умолчанию:
- Используемые числа
- Специальные операции над комплексными числами
- Многозначные функции
- Создание вектора
- Создание матрицы
- Изменение размера матрицы
- Нижние индексы и элементы вектора
- Изменение способа отображения массивов
- Графическое представление матриц
- Ограничение входных массивов
- Ограничение отображаемых массивов
- Ограничение размеров массива
- Размеры и диапазон значений массива
- Специальные типы матриц
- Специальные характеристики матрицы
- Формирование новых матриц из существующих
- Собственные значения и собственные векторы
- Разложения
- Решение линейной системы уравнений
- Определение составного массива
- Отображение составных массивов
- Операторы и функции для составных массивов
- Определение и использование дискретного аргумента
- Многократные вычисления по дискретному аргументу
- Множественные дискретные аргументы и двойные индексы
- Рекурсивные вычисления с несколькими переменными
- Рекурсивные вычисления с вектором
- Советы по набору операторов
- Переменный верхний предел суммирования
- Оператор суммирования элементов вектора
- Производные более высокого порядка
- Переменные пределы интегрирования
- Изменение точности вычисления интегралов
- Криволинейные и двойные интегралы
- Определение пользовательского оператора
- Использование пользовательского оператора
- Запись функций как операторов
- Тригонометрические функции и обратные им.
- Гиперболические функции
- Логарифмические и показательные функции
- Функции Бесселя
- Специальные функции
- Введение в дискретное преобразование Фурье
- Функция if
- Циклы “while”
- Оператор “break”
- Циклы “for”
- Подпрограммы
- Рекурсия
- Что делать, когда функция root не сходится
- Некоторые советы по использованию функции root
- Решение уравнений с параметром
- Нахождение корней полинома
- Как использовать найденное решение
- Что делать, когда Mathcad не может найти решения
- Что делать, когда имеется слишком мало ограничений
- Многократное решение уравнений
- Решение одинаковых задач относительно разных переменных
- Приближенные решения
- Использование символьного решения уравнений
- Дифференциальные уравнения первого порядка
- Дифференциальные уравнения второго порядка
- Уравнения более высокого порядка
- Системы оду первого порядка
- Системы дифференциальных уравнений более высокого порядка
- Гладкие системы
- Медленно изменяющиеся решения
- Нахождение приближенного решения только в конечной точке
- Двухточечные краевые задачи
- Дифференциальные уравнения с частными производными