有限差分方法

华侨大学2010届本科毕业设计论文

一维时域有限差分方法（FDTD）的研究微波

摘要：

随着计算机技术的发展，求解麦克斯韦方程的数值解方法也越来越多。自1966年Yee首次提出时域有限差分(FDTD)方法后，这一方法得到迅速发展及广泛应用。本文简要回顾了FDTD的发展历史及其基本要点与应用，并以一维麦克斯韦方程为例进行求解。在此过程中，本文先对麦克斯韦方程进行差分、归一化处理，并对由此得出的迭代方程建立空间模型。最后用matlab进行仿真，得到其相关波形图与系数，并与理论计算值进行比较。仿真结果与理论计算值较为符合，这也验证了这一方法的正确性与实际可操作性。

关键词： FDTD PML 时域

1

一维时域有限差分方法（FDTD）的研究

ABSTRACT

With the development of computer technology,there is more numerical solution method to solve Maxwell's equations .Since 1966 Yee proposed FDTD method ,this method has been developed rapidly.

示波器差分探头的校准方法

刘红煜:示波器差分探头的校准方法　27　　　　

示波器差分探头的校准方法

TheCalibrationTechniqueofOscilloscopeDifferentialProbe

刘红煜

(中国电子科技集团公司第二十研究所计量站,陕西西安710068)

摘　要:随着测量信号速率的提高,差分信号变得越来越普遍,为了确保测量结果的准确性和可靠性,本文提出了对示波器差分探头的校准方法。关键词:差分探头;校准;方法

　　为了抑制信号中的共模噪声,示波器差分探头被广泛的使用,但是示波器差分探头是否准确对测量结果有

很大的影响,为了确保测量结果的准确性和可靠性,需要对示波器差分探头计量校准。国家对示波器计量检定/校准有相应的检定规程和校准方法,但对示波器差分探头计量校准却没有规定,因此本文提出了示波器差分探头计量校准方法,供同行参考。1　(1)共模抑制比;(2(3)围;(4)频带宽度;(5)(6)输入阻抗(包括电阻和电容)。

2　校准项目和校准方法

211　

共模抑制比校准方法21111　共模抑制比(CMRR)的定义:在差分信号测量

路对称性越差,其共模抑制比就越小,抑制共模信号(干

扰)的能力也就越差。共模抑制比是一个与频率相关的参数,。21的校准

幻灯片1

第七章 差分方程模型

7.1 市场经济中的蛛网模型 7.2 减肥计划——节食与运动 7.3 差分形式的阻滞增长模型 7.4 按年龄分组的种群增长

幻灯片2

7.1 市场经济中的蛛网模型

供大于求

价格下降

减少产量

现 象

数量与价格在振荡

供不应求

增加产量

价格上涨

描述商品数量与价格的变化规律 问 题

商品数量与价格的振荡在什么条件下趋向稳定 当不稳定时政府能采取什么干预手段使之稳定

幻灯片3

蛛 网 模 型

xk~第k时段商品数量；yk~第k时段商品价格

消费者的需求关系

yk?f(xk) 减函数

需求函数

供应函数

生产者的供应关系

增函数

xk?1?h(yk)

yk?g(xk?1)

y

f 0

x

g

f与g的交点P0(x0,y0) ~ 平衡点

y0

P0

x0

一旦xk=x0，则yk=y0,

xk+1,xk+2,…=x0, yk+1,yk+2, …=y0

幻灯片4

yk?g(xk?1)

yk?f(xk)

蛛 网 模 型

设x1偏离x0

xk?1?h(yk)

x1?y1?x2?y2?x3??

xk?x0,yk?y0

xk?x0,yk?y0

幻灯片1

第七章 差分方程模型

7.1 市场经济中的蛛网模型 7.2 减肥计划——节食与运动 7.3 差分形式的阻滞增长模型 7.4 按年龄分组的种群增长

幻灯片2

7.1 市场经济中的蛛网模型

供大于求

价格下降

减少产量

现 象

数量与价格在振荡

供不应求

增加产量

价格上涨

描述商品数量与价格的变化规律 问 题

商品数量与价格的振荡在什么条件下趋向稳定 当不稳定时政府能采取什么干预手段使之稳定

幻灯片3

蛛 网 模 型

xk~第k时段商品数量；yk~第k时段商品价格

消费者的需求关系

yk?f(xk) 减函数

需求函数

供应函数

生产者的供应关系

增函数

xk?1?h(yk)

yk?g(xk?1)

y

f 0

x

g

f与g的交点P0(x0,y0) ~ 平衡点

y0

P0

x0

一旦xk=x0，则yk=y0,

xk+1,xk+2,…=x0, yk+1,yk+2, …=y0

幻灯片4

yk?g(xk?1)

yk?f(xk)

蛛 网 模 型

设x1偏离x0

xk?1?h(yk)

x1?y1?x2?y2?x3??

xk?x0,yk?y0

xk?x0,yk?y0

有限差分法及其应用

1有限差分法简介

有限差分法（FDM）是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。该方程将解域划分为差分网格，用有限个网络节点代替连续的求解域。有限差分法通过泰勒级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值得差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。

2有限差分法的数学基础

有限差分法的数学基础是用差分代替微分，用差商代替微商而用差商代替微商的意义是用函数在某区域内的平均变化率来代替函数的真是变化率。而根据泰勒级数展开可以看出，用差商代替微商必然会带来阶段误差，相应的用差分方程代替微分方程也会带来误差，因此，在应用有限差分法进行计算的时候，必须注意差分方程的形式，建立方法及由此产生的误差。

3有限差分解题基本步骤

有限差分法的主要解题步骤如下： 1） 建立微分方程

根据问题的性质选择计算区域，建立微分方程式，写出初始条件和边界条件。 2） 构建差分格式

首先对求解域进行离散化，确定计算节点，选择网格布局，差分形式和步长；然后以有限差分代替无线微分，以差商代替微商，以差分方程代替微

模型1 蛛网模型

经济背景与问题：在自 由市场经济中，有些商品的生产、销售呈现明显的周

期性。农业产品往往如此，在工业生产中，许多商品的生产销售是有周期性的，表现在：商品的投资、销售价格、产量、销售量在一定时期内是稳定的，因而整个某个较长的时期内这些经济数据表现为离散变量的形式。在这些因素中，我们更关心的是商品的销售价格与生产产量这两个指标，它们是整个经营过程中的核心因素，要想搞好经营，取得良好的经济效益，就必须把握好这两个因素的规律，作好计划。试分析市场经济中经营者根据市场经济的规律，如何建立数学模型来表现和分析市场趋势的。 模型假设与模型建立

将市场演变模式划分为若干段，用自然数n来表示； 设第n个时段商品的数量为

，价格为

，n=1,2….;

由于价格与产量紧密相关，因此可以用一个确定的关系来表现：即设有

（3. 3）

这就是需求函数，f 是单调减少的对应关系; 又假设下一期的产量

是决策者根据这期的价格决定的，即：设

，

h是单调增加的对应关系， 从而，有关系：

（3.4）

g 也是单调增加的对应关系. 因此可以建立差分方程：

（3.5） （3.6）

这就是两个差分方程。属

2015 年 秋 季学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

考

核

科

目 : 偏微分方程数值解法

学生所在院（系）: 理学院数学系 学生所在学科 :学 生 姓 名 :学 号 :学 生 类 别 :考

核结果

数学 Hiter

1XS012000 卷人

阅研究有限差分格式稳定性的其他方法

摘要

偏微分方程的求解一直是大家比较关心的一个问题，而有限差分格式则是求解偏微分方程时常用并且有效的一个方法。因此，研究有限差分格式的性质就显得尤为重要。在课上我们已经跟着老师学习了运用Fourier方法研究有限差分格式的稳定性，但是在很多研究有限差分格式稳定性的问题中仅仅会用Fourier方法是不够的，所以在本篇论文中，将会介绍其他三种常用的研究有限差分格式稳定性的方法，分别是：Hirt启示型方法、直接方法（或称矩阵方法）和能量不等式方法。

关键字：偏微分方程；有限差分格式；稳定性

Abstract

The solution of partial differential equations has been more concerned with a problem, and the finite di

资料

第50卷第1期2007年1月

地　球　物　理　学　报

CHINESE　JOURNAL　OF　GEOPHYSICS

Vol.50,No.1

Jan.,2007

刘定进,印兴耀.傅里叶有限差分法保幅叠前深度偏移方法.地球物理学报,2007,50(1):268～276

LiuDJ,YinXY.AmethodofFourierfinite-differencepreserved-amplitudeprestackdepthmigration.ChineseJ.Geophys.(inChinese),2007,50(1):268～276

傅里叶有限差分法保幅叠前深度偏移方法

刘定进,印兴耀

中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东东营　257061

摘　要　地震数据中饱含有丰富的走时信息和振幅信息.为解决传统偏移方法中几何扩散和入射角变化引起的振幅误差问题,本文提出了一种实用的波动方程保幅地震偏移方法.该方法从全声波方程出发进行单程波保幅分解,得到直观、高效率的直接面对地震波传播波场的压力分量进行延拓的保幅偏移单程波方程,6项的傅里叶有限差分法保幅偏移的算子方程;,振幅补偿,.、SEGΠEAGE盐丘模型的叠前偏移结果表明,,;,().关键词,,,,成像条件(01-

1激发兴趣，教给方法，培养习惯，塑造品格

和差倍分问题

提问1：复习巩固已经熟悉的两个等量关系式 两个基本的相等关系:

(1) 总量=所有分量之和（2）表示同一个量的两个式子相等 提问2：一元一次方程解实际问题的一般步骤 1 审题

2 设未知数 3 找相等关系 4 列方程 5 解方程

6 答题（先检验再答） 1.和差倍分问题

增长量＝原有量×增长率现在量＝原有量＋增长量 和差问题的公式 (和＋差)÷2＝大数(和－差)÷2＝小数 和倍问题 和÷(倍数－1)＝小数小数×倍数＝大数 (或者和－小数＝大数) 差倍问题 差÷(倍数－1)＝小数小数×倍数＝大数 (或小数＋差＝大数)

问题1.顾客用540元买了两种布料共138尺，其中蓝布料每尺3元，黑布料每尺5元，两种布料各买了多少？ 解：设买蓝布x俄尺，则买黑布（138-x）俄尺。

3x + 5（138-x）= 540

练习1：学校组织初一年级79名同学捐旧报纸，1班每人捐5斤，二班每人捐4斤，总共捐了354斤，求两班各有多少人？

问题2.把一些图书分给某班学生阅读，如果每人分3本，则剩余20本；如果每人分4本，则还缺25本. 这个班有多少学生？

利用差分法求解下列问题：

??u?2u?2?2,0?x?1,t?0,??t?x??u(0,t)?u(1,t)?0,t?0??u(x,0)?sin(?x)?x(1?x),0?x?1???

x方向dx?0.1，t方向上dt?0.01。

在t?0.25观察数值解与精确解u?e??tsin(?x)?x(1?x)的误差。

一、算法描述 1. 网格剖分

取x??0,1?,t??0,0.25?，

2x方向dx?0.1，t方向上dt?0.01。

2. 差分格式

j?1j??u?ui?ui， ???dt??t?ij??2u?uij?1?uij?uij?1， ?2??2?xdx??ijr?dtdx2，

uij?1?r*uij?1?(1?2r)uij?r*uij?1?2*dt。

3. 初边值处理

可以先设置21?100的0矩阵，然后可以直接给出初值条件，边界条件为0可以不用设置。

二、程序：

%***********清理内存************************************ clear all clc

%**********网格划分************************************** N=10;%总空间长

T=25;