中心差分格式二阶精度

中心差分格式

1、考虑问题

考虑二阶常微分方程边值问题：

d2uLu??2?qu?f （1） dxu(a)??,u(b)??

其中q，f为[a,b]上的连续函数，?,?为常数。

2、网格剖分与差分格式

将区间[a,b]分成N等分,分点为

xi?a?ih,i?0,1,???,N,

h=(b-a)/N,于是我们得到区间I=[a,b]的网格剖分，xi为网格节点，h为步长。

差分格式为：

ui?1?2ui?ui?1?qiui?fi2hi?1,2,???,N?1, u0??,uN??.Lhui??

3、截断误差

将方程（1）在节点离散化，由泰勒公式展开得

u(xi?1)?2u(xi)?u(xi?1)?d2u(x)?h2?d4u(x)?3????(h) ??22?4?h?dx?i12?dx?i所以截断误差为

h2?d4u(x)?Ri(u)?????(h3) 4?12?dx?i4、数值例子

u(x)?exq(x)?1?sinx

其中x??0,1?

5、求解

d2uLu??2?qu?f由，且已知 dxu(x)?exq(x)?1?sinx 可得

f(x)?exsinx

将向量式的差分格式用矩阵形式表示出来，得到矩阵形式为

?2?q1h2???1??

中心差分格式

1、考虑问题

考虑二阶常微分方程边值问题：

d2uLu??2?qu?f （1） dxu(a)??,u(b)??

其中q，f为[a,b]上的连续函数，?,?为常数。

2、网格剖分与差分格式

将区间[a,b]分成N等分,分点为

xi?a?ih,i?0,1,???,N,

h=(b-a)/N,于是我们得到区间I=[a,b]的网格剖分，xi为网格节点，h为步长。

差分格式为：

ui?1?2ui?ui?1?qiui?fi2hi?1,2,???,N?1, u0??,uN??.Lhui??

3、截断误差

将方程（1）在节点离散化，由泰勒公式展开得

u(xi?1)?2u(xi)?u(xi?1)?d2u(x)?h2?d4u(x)?3????(h) ??22?4?h?dx?i12?dx?i所以截断误差为

h2?d4u(x)?Ri(u)?????(h3) 4?12?dx?i4、数值例子

u(x)?exq(x)?1?sinx

其中x??0,1?

5、求解

d2uLu??2?qu?f由，且已知 dxu(x)?exq(x)?1?sinx 可得

f(x)?exsinx

将向量式的差分格式用矩阵形式表示出来，得到矩阵形式为

?2?q1h2???1??

中南林业科技大学

本科课程设计说明书

学 院： 理学院

专业年级： 2008级信息与计算科学二班

课 程： 科学计算课程设计

论文题目： Laplace方程九点差分格式

指导教师： 陈宏斌

2011年6月

二维椭圆边值问题的九点差分格式

1问题：Laplace方程

uxx uyy 0, x,y G,

G是xy平面上一有界区域，其边界 为分段光滑曲线. 在 上u满足下列边值条件：

u (x,y)(Drichlet边值条件).

在此考虑G为正方形区域，G={(x,y) | a<x<b, a<y<b}.

背景：拉普拉斯方程（Laplace'sequation），又名调和方程、位势方程，是一种偏微分方程。因为由法国数学家拉普拉斯首先提出而得名。求解拉普拉斯方程是电磁学、天文学和流体力学等领域经常遇到的一类重要的数学问题，因为这种方程以势函数的形式描写了电场、引力场和流场等物理对象（一般统称为“保守场”或“有势场”）的性质。

2区域剖分

区域G是一个正方形区域，边界a

二阶系统的斜坡响应、脉冲响应分析

一、 要求

（1）时域响应函数 （2）时域指标 （3）与阶跃响应的对比 （4）结合matlab进行相关分析 二、二阶标准传递函数 开环传函： 闭环传函： 输出：

二阶系统的时间响应取决于 和 这两个参数，由上面的公式数学模型来研究二阶系统时间响应及动态性能指标。

二、阶系统的响应分析

时域响应函数： 1、单位斜坡响应

由上式取反拉氏变换可以得到单位斜坡响应的时间函数：

sin(

,

2、单位脉冲响应

单位脉冲响应的时间函数：

sin(

3、单位阶跃响应

单位阶跃响应的时间函数：

sin(

,

实域指标：

a、单位斜坡响应

1、 无阻尼情况（ ）

p =0 + 4i和0- 4i

稳态误差：

=0

系统的斜坡响应在斜坡函数上等幅震荡 2、欠阻尼情况（ ）

p = -2.0000 + 3.4641i和 -2.0000 - 3.4641i

取

调节

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

THBCC-1实验平台 5/31/2013 6:17:00 PM

实验二 二阶系统瞬态响应

一、 实验目的

1.通过实验了解参数ζ（阻尼比）、ωn（阻尼自然频率）的变化对二阶系统动态性能的影响。

2.掌握二阶系统动态性能测试方法。 二、实验设备

1. THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术试验平台； 2.PC机一台（含“THBCC-1”软件）、USB数据采集卡、37针通信线一根、16 芯数据排线、USB接口线； 三、实验内容

1.观测二阶系统的阻尼比分别在0<ζ<1，ζ=1和ζ>1三种情况下的单位阶跃响应曲线；

2.调节二阶系统的开环增益K，使阻尼比ζ=1/2，测量此时系统的超调量δp、调节时间ts（Δ=±0.05）;

3. ζ为一定时，观测系统在不同ωn时的响应曲线。 4.了解Matlab的使用。 四、实验数据或曲线

1.用“THBCC-1”软件观测并记录、保存不同实验曲线。 (1)ωn=10，ζ取不同值时试验曲线

图1当ωn=10， ?=0.2时，此时系统处于欠阻尼状态,查超调量约 为42%

9.3 二阶行列式

一、新课引入：

问题1：解二元一次方程组：（*）??a1x?b1y?c1

?a2x?b2y?c2同加减消元法：①×b2-②×b1得?a1b2?a2b1?x?c1b2?c2b1 ②×a1-①×a2得?a1b2?a2b1?y?a1c2?a2c1 当?a1b2?a2b1??0，方程组有唯一解

c1b2?c2b1?x??a1b2?a2b1? ??y?a1c2?a2c1?a1b2?a2b1?

二、新课讲授 1、二阶行列式 （1）定义：我们用记号

a1b1a2b2表示算式a1b2?a2b1,即

a1b1a2b2 = a1b2?a2b1,

其中记号教育网

a1b1a2b2叫做行列式，因为它只有两行、两列，所以把它叫做二阶行列式。21世纪（2）展开式：a1b2?a2b1,叫做行列式

a1b1a2b2b1的展开式，其计算结果叫做行列式的值。

（3）元素：a1,b2,a2,b1,叫做行列式

2、二阶行列式的计算

a1a2b2的元素。

a1三角形法则：

b1实线表示的对角线叫主对角线，虚线表示的对角线叫副对角线。二

a2b2阶行列式是这样两项的代数和：一个是从左上角到右下角的对角线(又叫行列式的主对角线)

上两个元素的乘

生命密码二阶

1生命密码的意义：对于管理者来说，对人的选，用，驭，留或者是选，驭，用，留都是至关重量，

对于普通人来说，了解自己和别人的性格特性，更好的与人沟通和相处，每一种性格的人，在遇到同样的一件事情的时候，都会是不同的行为表现方式，当你理解这一切之后，你就会坦然的接受自己和别人的不足，不再会责怪自己；同样你也会发现自己和别人一些潜在的特质，并将它发挥出来，提高自己，让自己信心百倍。

首先，我们将会引入生命密码二阶课程中最为关键的一个密码图，李小龙的生日是1940年11月27日，他的生命密码三角形如下所示：

在所有的生日年份中有一个特殊就是2000年，2+0=0,0+0=5，而不是0，切记 三角形外的小圆圈内的数字必须是3, 6, 9，如果不是的话，肯定是计算错误。

现在来简单的介绍一下如何利用年月日生日计算上面的三角形生命密码图谱，首先按照图示把李小龙的生日年份日1940年11月27日，按照上面的位置填写好，从左往右开始计算，首先是27，把它们相加至个位2+7=9，然后是11,1+1=2, 19 (1+9=10, 1+0=1), 40, 4+0=4，把9, 2, 1, 4 依次写在三角形内，继续 (9+2=11, 1+1=2), 1+

一阶电路和二阶电路的动态响应

一、实验目的

1、掌握一阶电路的动态响应特性测试方法

2、掌握Multisim软件中函数发生器、示波器和波特图仪的使用方法 3、深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应及完全响应 4、深刻理解欠阻尼、临界、过阻尼的意义

5、研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响

6、掌握Multisim软件中的Transient Analysis等仿真分析方法 二、实验原理

1、一阶电路的动态响应

电路的全响应：uc(t)=U0e-t/RC+Us(1-e-t/RC) (t>=0) （1）零输入响应 uc(t)=U0e-t/RC (t>=0)

输出波形单调下降。当t=τ=RC时， uc(τ)=U0/e=0.368U0，τ成为该电路的时间常数。 （2）零状态响应 uc(t)=Us(1-e-t/RC)u(t)

电容电压由零逐渐上升到Us，电路时间常数τ=RC决定上升的快慢。 2、用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。图所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路。 定义：衰减系数（阻尼系数）??R 2LLC自由振荡角频率（固有频率）?0?1 （1）零输入响应

动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入

课题1 二阶与三阶行列式；全排列及其逆序数；n 阶行列式的定义；对换.

1、二阶行列式

ax?ax?b?1111212?把二元线性方程组（1）

ax?ax?b?2212212的四个系数按它们在方程组（1）中的位置，排成二行二列的数表

aa1211（2）aa2212aa?aa称为

数表（2其运算表达式）的二阶行列式，21221112记为aa

1112D?aa?aa? 3 （）

21111222aa2122a(i?1,2;j?1,2)称为行列式（31理解：（）数）的元素ij j?1,2)a(i?1,2;）的元素可表为或元，即行列式（3，ij iia j行的第3元素为列标。）位于该行列式（其中为行标，ij j),(ij元.

第列或称为行列式（3）的第aaaa的联的联线称为主对角线，）把（2到到21122211线称为副对角线，二阶行列式等于各

元素主对角线之积减去副对角线各元素之积.

（3）行列式表示按某种法则运算的结果.

利用行列式的概念，二元线性方程组（1）的求解过程- 3 - / 7 可写为

aaabab1121111112?D?D?D?0. ，，

21bbaaaa2222122222DD21?xx?.

所以，21DD1. 例自学P2、三阶行列式2 9个数排成3行3列