微分方程龙格-库塔数值解法的应用设计开题报告

 2022-02-15 21:27:01

1. 研究目的与意义

微分方程指含有未知函数及其导数的关系式。解微分方程就是找出未知函数。

微分方程是伴随着微积分学一起发展起来的。微积分学的奠基人newton和leibniz的著作中都处理过与微分方程有关的问题。微分方程的应用十分广泛,可以解决许多与导数有关的问题。物理中许多涉及变力的运动学、动力学问题,如空气的阻力为速度函数的落体运动等问题,很多可以用微分方程求解。此外,微分方程在化学、工程学、经济学和人口统计等领域都有应用。

数学领域对微分方程的研究着重在几个不同的面向,但大多数都是关心微分方程的解。只有少数简单的微分方程可以求得解析解。不过即使没有找到其解析解,仍然可以确认其解的部分性质。在无法求得解析解时,可以利用数值分析的方式,利用电脑来找到其数值解。

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2. 研究内容和预期目标

研究内容:选择多个难易程度不同的微分方程,用高阶龙格-库塔法法进行求解。对每个微分方程,选用一族公式,取不同的参数,得到多种解,比较这些解的优缺点。然后通过使用计算机软件或自己编程,画出解的曲线的仿真图,最终对得到的结果作个包含误差分析,怎样的参数选取更合理等全面的分析。

预期目标:通过对阶段误差的分析,当步长h较小时,阶数越高的方法其局部阶段误差的绝对值越小,所得数值解的近似效果越好。

3. 研究的方法与步骤

1、确定高阶龙格-库塔公式

一般的龙格-库塔公式形式为

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4. 参考文献

1.袁慰平,孙志忠,吴宏伟,闻震初,计算方法与实习(m),东南大学出版社,南京, 2000

2.华中理工大学数学系,计算方法(m),高等教育出版社,北京;斯普林格出版社,海德堡,1999.8

3.李庆扬,王能超,易大义,数值分析(m),高等教育出版社,北京;斯普林格出版社,海德堡,2001.8

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5. 计划与进度安排

1、2022年2月25日-3月10日,认真阅读指导教师在系统中发布的毕业论文任务书,通过指导教师讲授所选论题的状况和要求,确定课题的研究方法和研究目标,规划好具体的时间安排。在教师的指导下完成并提交开题报告及所需的外文文献翻译;

2、2022年3月11日-4月30日,选取适当的微分方程,适合的参数,根据确定好的实验方案完成论文所需要的实验,获得所有的有效实验结果并进行分析,及时向指导老师汇报实验进展情况和遇到的困难;

3、2022年5月1日-5月19日,在指导老师确认实验不存在严重问题后完成论文初稿,并交由指导教师批阅,提出修改意见;

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