Problema de Valor de Frontera

Documentos relacionados
Integración Numérica. Hermes Pantoja Carhuavilca. Métodos Computacionales. Facultad de Ingeniería Industrial Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Métodos en diferencias para problemas de contorno

Preliminares Problemas de Valor Inicial Problemas de Contorno ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS

La Recta. Hermes Pantoja Carhuavilca. Matemática I. Facultad de Ingeniería Industrial Universidad Nacional Mayor de San Marcos

MATEMÁTICAS ESPECIALES II PRÁCTICA 2 Ecuaciones diferenciales lineales de primer orden y ecuaciones que se reducen a ellas.

Splines. Spline Cúbicos. Hermes Pantoja Carhuavilca. Facultad de Ingeniería Mecánica Universidad Nacional de Ingenieria

Resolución de Sistema de Ecuaciones Lineales

Resolución de Sistema de Ecuaciones Lineales

Ecuaciones diferenciales de segundo orden

Departamento de Ecuaciones Diferenciales y Análisis Numérico. CÁLCULO NUMÉRICO I (Tema 3 - Relación 2)

Métodos numéricos para problemas de contorno

1) Determinar qué elección de h asegurará, a priori, que la solución numérica del P.C.: con el método de diferencias centrales, existe y es única.

CÁLCULO NUMÉRICO (0258)

Resolución de Sistema de Ecuaciones Lineales

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA CLAVE M _SC

Contenido Objetivos División Sintética de Polinomios. Carlos A. Rivera-Morales. Precálculo II

2 Métodos de solución de ED de primer orden

1) En una cisterna se almacenó agua durante 25 minutos con un gasto de 120 lts/min. Calcule:

Formulación de Galerkin El método de los elementos finitos

(a) [0,7 puntos] Encuentre los valores de las constantes A y B, y del punto x 2 (0, 1) de modo que la fórmula de cuadratura:

Apellidos:... Nombre:... Examen

Ecuaciones lineales de segundo orden

METODOS NUMERICOS. Curso

Álgebra II (61.08, 81.02) Primer cuatrimestre 2018 Práctica 3. Producto interno

Complementos de ecuaciones diferenciales: resolución analítica, EDPs y Mathematica

TERCER EXAMEN EJERCICIOS RESUELTOS

Cálculo Numérico (0258) TEMA 6 SOLUCIÓN NUMÉRICA DE ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS. Semestre

Contenido. 2. Ecuaciones diferenciales de primer orden. 1 / Omar De la Peña-Seaman IFUAP Ecuaciones Diferenciales Facultad de Ingeniería 1/29 29

Problema de convolución y deconvolución Diferencias finitas para EDO

2.4 Ecuaciones diferenciales de Bernoulli

Ecuaciones diferenciales

PROBLEMARIO DE EJERCICIOS RESUELTOS

Reacciones Químicas. (molaridad) pues una mol de sustancia química contiene el mismo número de moléculas.

Cuadratura Gaussiana basada en polinomios ortogonales.

ECUACIONES DIFERENCIALES

Clase 9 Programación No Lineal

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS CONTENIDO DE CURSO ANÁLISIS NUMÉRICO MATG1013

1. El Método de Diferencias Finitas

Contenido Objetivos División Sintética de Polinomios. Carlos A. Rivera-Morales. Precálculo 2

LECCIÓN 7: ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS DE PRIMER ORDEN REDUCIBLES A HOMOGÉNEAS.

Análisis Numérico: Soluciones de ecuaciones en una variable

Capítulo 3: MODELOS CONTINUOS. ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS

Para verificar que el sistema converge se deberán cumplir con las siguientes condiciones en las formulas con derivadas parciales: + 1

Complementos de Análisis. Año 2016

Métodos en diferencias en regiones irregulares

Coeficiente Parte literal Coeficiente Parte literal 5 x 6 am 2. El grado de un monomio es la suma de los exponentes de las letras que lo forman:

Para verificar que el sistema converge se deberán cumplir con las siguientes condiciones en las formulas con derivadas parciales:

Una serie de potencias es una expresión del tipo: a n (x x 0 ) n (5.2) n=0

Integración Numérica

Ecuaciones Diferenciales Ordinarias (2)

Lecturas Ecuaciones Diferenciales Ordinarias (III) Ampliación de Matemáticas. Grado en Ingeniería Civil Curso

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

SISTEMAS DE ECUACIONES

FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS EXAMENFINALDEANÁLISIS NUMÉRICO SEMESTRE

MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS Y EL USO DE MATLAB PARA ECUACIONES ELÍPTICAS SOBRE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

2. Actividad inicial: Crecimiento del dinero.

Lectura 6 Ampliación de Matemáticas. Grado en Ingeniería Civil

Análisis Numérico para Ingeniería. Clase Nro. 3

Laboratorio Nº 6 Sistema de ecuaciones diferenciales

ANÁLISIS NUMÉRICO. 4 horas a la semana 8 créditos Cuarto semestre

Cálculo I Aplicaciones de las Derivadas: Linealización y Diferenciales. Julio C. Carrillo E. * 1. Introducción 1. 2.

1. Introducción. En (1.1) y (1.2), y es la variable dependiente y t es la variable independiente, a, c son parámetros. dy dt = aet, (1.

9 Ecuaciones diferenciales ordinarias. Ecuaciones diferenciales de primer orden en forma normal

Expresiones algebraicas

Resolución numérica de problemas de contorno

Ejercicio 1 Sea el circuito de la siguiente figura: a) Calcula la resistencia equivalente del circuito.

Análisis Matemático. Convocatoria de enero Prueba Global. Evaluación Continua

Curso de Elemento Finito con el software ALGOR

Introducción a la resolución numérica de problemas para ecuaciones en derivadas parciales (I)

EJERCICIOS RESUELTOS DE INTERPOLACION NUMERICA. 1) *Probar que si g interpola a la función f en,,, y h interpola a f en,,,,

1. Problema de Generación de Trayectoria

Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas Ingeniería Electrónica. Método de Newton-Raphson para Raíces Complejas

Ecuaciones diferenciales

Relación de ejercicios 5

COEFICIENTES INDETERMINADOS: MÉTODO DE SUPERPOSICIÓN *

Tutorial para resolver ecuaciones diferenciales usando MATLAB

Lección 11 Ecuaciones Diferenciales de Segundo Orden. Ecuaciones de segundo orden

Métodos numéricos para Ecuaciones Diferenciales Ordinarias. Laboratori de Càlcul Numèric (LaCàN) www-lacan.upc.es

Lectura 7 Ampliación de Matemáticas. Grado en Ingeniería Civil

E.D.L. de 2 o orden II. Variación de parámetros. Coeficientes Indeterminados.

Métodos Numéricos: Ejercicios resueltos

Complementos de Matemáticas, ITT Telemática

4.1 Anillo de polinomios con coeficientes en un cuerpo

Asignaturas antecedentes y subsecuentes Programación I, Análisis Numérico I y Álgebra Lineal Numérica.

Diferenciación numérica: Sistemas de ecuaciones lineales ordinarias Método de disparo Método predictor-corrector

1.- DATOS DE LA ASIGNATURA. Nombre de la asignatura: Métodos Numéricos. Carrera: Ingeniería en Materiales. Clave de la asignatura: MAM 0522

EXAMEN FINAL DE METODOS NUMERICOS (MB536)

Planteamiento General para Polinomios Ortogonales. 1. Producto interno genérico, norma y ortogonalidad

Resolución de la ecuación de Difusión en 2-D y 3-D utilizando diferencias finitas generalizadas. Consistencia y Estabilidad.

n A 1 = max( j i=1 Ejercicio Deducir del problema anterior que, si A es una matriz de orden n real, Ax 2 2 µ 2 x T x, donde µ = ρ(a T A) 1/2.

Transformada de Laplace: Aplicación a vibraciones mecánicas

Unidad VI: Solución de ecuaciones diferenciales 6.1 Métodos de un paso

SISTEMAS DISCRETOS Y SISTEMAS CONTINUOS. INTRODUCCIÓN AL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS. Mercedes López Salinas

Capítulo 3. Polinomios

Clase 4 Funciones polinomiales y racionales

1.3.1 Fundamentos de cálculo vectorial

Splines cúbicos. Análisis Numérico Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias

Pauta Examen Final - Ecuaciones Diferenciales

Transcripción:

Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca Facultad de Ingeniería Mecanica Universidad Nacional de Ingenieria Métodos Numérico Hermes Pantoja Carhuavilca 1 de 19

CONTENIDO Problema de Valor de Frontera Método del Disparo Método de las Diferencias Finitas Hermes Pantoja Carhuavilca 2 de 19

PROBLEMA DE VALOR DE FRONTERA Sea el problema de valor de frontera en una EDO de segundo orden u = g(t, u, u ) u(t 0 ) = u 0 u(b) = B Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 3 de 19

Consiste en transformar el problema de valor de frontera en un problema de valor inicial, suponiendo una pendiente s, luego se desarrolla con un método numérico para encontrar u N (s), se compara con B, si estos valores no son aproximados se sigue suponiendo pendientes hasta dar al blanco B. Problema de Valor Inicial resultante u = g(t, u, u ) u(t 0 ) = u 0 u (t 0 ) s Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 4 de 19

ALGORITMO DEL DISPARO Elija un valor inicial de s = s 0 = u t = B u 0 b t 0 Elija h = b t 0 N y los puntos t j = t 0 + jh Elija un método numérico para solucionar la E.D.O (por ejemplo RK de orden 4) al obtener u N = u N (s 0 ) compárelo con u(b) Elija un segundo valor para s = s 1 s 1 = s 0 + B u N b t 0 Luego se aplica un método numérico para obtener u N (s 1 ) Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 5 de 19

CONTINUACIÓN... Utilice interpolación lineal a fin de obtener elecciones subsecuentes valores para s, esto es: B u N (s s k+2 = s k + (s k+1 s k ) k ) u N (s k+1 ) u N (s k ) Con cada s k resolvemos el problema de valor inicial y comparamos u N (s k ) con B. Deténgase cuando u N (s k ) B sea suficientemente pequeño (Criterio de Convergencia) Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 6 de 19

EJEMPLO Ejemplo Resolver d 2 y dy + exy dx2 dx + y2 x = 0 Con condiciones de frontera: y(0) = 0 y(0,5) = 1 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 7 de 19

SOLUCIÓN Haciendo el cambio de variable u 1 = y; u 2 = y Convirtiendo la EDO en un sistema EDO s de primer orden, con sus respectivas condiciones inicales: u 1 = u 2 u 2 = etu 1u 2 tu 2 1 u 1 (0) = 0 u 2 (0) = s 0 = 1 0 0,5 0 = 2 Considerando h = 0,1 y aplicando RK2, tenemos la siguiente tabla Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 8 de 19

Estimando otra pendiente: S 1 = 2 + 1 0,7693 0,5 0 = 2,46 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 9 de 19

Interpolando B Y 5 (s 0 ) s 2 = s 0 + (s 1 s 0 ) Y 5 (s 1 ) Y 5 (s 0 ) = 2,617 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 10 de 19

Interpolando B Y 5 (s 1 ) s 3 = s 1 + (s 2 s 1 ) Y 5 (s 2 ) Y 5 (s 1 ) = 2,618 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 11 de 19

Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 12 de 19

MÉTODO DE LAS DIFERENCIAS FINITAS Dado la ecuación diferencial de segundo orden con valor de frontera u + p(t)u + q(t)u = r(t) a = t 0 t b u(a) = α u(b) = β se requiere aproximar u, u usando diferencias centrales. Se elije h = b t 0 N y los puntos t j = t 0 + jh Esto nos lleva a formar un sistema lineal de orden N N, que será resuelto con algún método numérico. En los puntos interiores de la retícula t i, i = 1, 2,..., N, la ecuación diferenciar a aproximar es: u (t i ) = p(t i )u (t i ) + q(t i )u(t i ) + r(t i ) (1) Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 13 de 19

Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 14 de 19

Definiendo: w 0 = α w N+1 = β Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 15 de 19

Obteniendo el sistema matricial La solución del sistema lineal, se puede realizar por la reducción de Crout. Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 16 de 19

EJEMPLO Ejemplo Resolver y y 2y = 0 Con condiciones de frontera y(0) = 0,1 y(0,5) = 0,283 Considere h = 0,1 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 17 de 19

SOLUCIÓN p(x i ) = 1 q(x i ) = 2 r(x i ) = 0 y = p(x)y + q(x)y + r(x) A i = ( 1 + h ) 2 p(x i) = 1,05 ( ) B i = h 2 q(x i ) + 2 = 2,02 C i = ( 1 h ) 2 p(x i) = 0,95 D i = h 2 r(x i ) = 0 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 18 de 19

Resolviendo el sistema tridiagonal 2,02 0,95 0 0 1,05 2,02 0,95 0 0 1,05 2,02 0,95 0 0 1,05 2,02 y 1 y 2 y 3 y 4 = 0,1238 0,1527 0,1879 0,2308 y 1 y 2 y 3 y 4 = 0,105 0 0 0,26885 Problema de Valor de Frontera Hermes Pantoja Carhuavilca 19 de 19