phương pháp giải tích số

Upload: nguyen-the-lam

Post on 01-Mar-2016

28 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Các phương pháp trong giải tích số

TRANSCRIPT

  • Matlab trong Gii tch s 1/57

    Chng 4: ng dng Matlab trong Gii tchs

    Trn Minh Ton (1)

    Vin Ton ng dng v Tin hc, HBK H Ni

    H Ni, thng 1 nm 2012

    (1)Email: [email protected]

  • Matlab trong Gii tch s 2/57

    a thc ni suy

    Ni dung1 a thc ni suy

    Ni suy LagrangeNi suy NewtonNi suy bng a thc ChebyshevNi suy bng a thc Hermit (c thm)

    2 Gii gn ng phng trnhPhng php chia iPhng php dy cungPhng php Newton - Raphson

    3 Gii gn ng h phng trnhPhng php lp nPhng php JacobiPhng php Gauss-SeidelPhng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    4 Gii gn ng phng trnh vi phn thngPhng php EulerPhng php Euler ci tin (Modified Euler hay RK-2)Phng php Runge-KuttaH phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

  • Matlab trong Gii tch s 3/57

    a thc ni suy

    a thc ni suy

    Trong thc t, nhiu khi ta phi tm hm = () m ch bit gi tr ticc im [, ] ( = 0, 1, . . . , ). Hoc trong nhiu trng hp biu dingii tch ca () cho nhng qu cng knh. Khi dng php ni suy ta cth d dng tnh c ti bt k im [, ] m chnh xc khng kmbao nhiu.

    Bi ton t ra:

    Cho cc mc ni suy 0 < 1 < < . Hy tm a thc (bc )() =

    =0

    sao cho:

    () = = () ( = 0 ) (1.1)

    a thc () gi l a thc ni suy ca hm = (). Ta chn a thc ni suy hm v a thc l loi hm n gin, lun c o hm v nguyn hm.Vic tnh gi tr ca n theo thut ton Horner cng n gin.

  • Matlab trong Gii tch s 4/57

    a thc ni suy

    a thc ni suyCch tip cn Vandermond

    Cc h s 0, 1, . . . , ca a thc ni suy bc c th c tnh bng cchgii h

    0

    10 20 0 1

    1 11 21 1 1

    2 12 22 2 1

    ......

    1 2 1

    012...

    =012...

    hay

    =

    H trn c nh thc Vandermond || =

    1

  • Matlab trong Gii tch s 5/57

    a thc ni suy

    Ni suy Lagrange

    Ni suy Lagrange

    Trc ht tm a thc () c bc sao cho:

    () =

    {1 nu =

    0 nu = , (, = 0 )

    D thy () c dng:

    () =

    =

    ( ) =

    ( )

    t () ==0

    .() ==1

    =

    ( ) =

    ( ) ta c ngay:

    () =

    =1

    .() = ( = 0 ) (1.2)

    Vy () l a thc ni suy duy nht cn tm.

  • Matlab trong Gii tch s 6/57

    a thc ni suy

    Ni suy Newton

    Ni suy NewtonNi suy Newton tin

    Cng thc ni suy Lagrange c u im l n gin, d lp trnh nhng nuthm mc ni suy th phi tnh li ton b. Nhc im ny s c khc phctrong cng thc Newton.

    Cng thc ni suy Newton tin

    () = (0) + ( 0) [0, 1] + ( 0) ( 1) [0, 1, 2] + + ( 0) ( 1) . . . ( 1) [0, 1, . . . , ] ,

    trong cc t hiu c tnh theo cng thc

    [1, ] =() (1)

    1 ;

    [0, 1, . . . , ] = [1, . . . , ] [0, . . . , 1]

    0 (1.3)

  • Matlab trong Gii tch s 6/57

    a thc ni suy

    Ni suy Newton

    Ni suy NewtonNi suy Newton tin

    Cng thc ni suy Lagrange c u im l n gin, d lp trnh nhng nuthm mc ni suy th phi tnh li ton b. Nhc im ny s c khc phctrong cng thc Newton.

    Cng thc ni suy Newton tin

    () = (0) + ( 0) [0, 1] + ( 0) ( 1) [0, 1, 2] + + ( 0) ( 1) . . . ( 1) [0, 1, . . . , ] ,

    trong cc t hiu c tnh theo cng thc

    [1, ] =() (1)

    1 ;

    [0, 1, . . . , ] = [1, . . . , ] [0, . . . , 1]

    0 (1.3)

  • Matlab trong Gii tch s 7/57

    a thc ni suy

    Ni suy Newton

    Ni suy NewtonNi suy Newton li

    Nu cc mc ni suy c sp xp theo th t gim dn

    , 1, . . . , 1, 0

    th ta c cng thc ni suy Newton li xut pht t mc :

    () = () + ( ) [, 1] + ( ) ( 1) [, 1, 2]+ + ( ) ( 1) . . . ( 1) [, 1, . . . , 1, 0] ,

    trong cc t hiu c tnh nh trong cng thc (1.3).

  • Matlab trong Gii tch s 8/57

    a thc ni suy

    Ni suy Newton

    Sai s ca php ni suy

    nh l 1.1

    Gi s hm : R R kh vi lin tc n cp + 1 trn [, ]( (+1)[, ]) v [, ], = 0 : . Khi tn ti = () [, ] saocho

    () () = 1(+ 1)!

    (+1)()( 0) . . . ( ).

    T ta c cng thc c lng sai s

    |() ()| 1(+ 1)!

    +1() |( 0) . . . ( )| ,

    trong +1() = max[,]

    (+1)()

    .

  • Matlab trong Gii tch s 9/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Xt trng hp ni suy a thc cho hm () trn on [1, 1] da trncc mc ni suy 1 0 < 1 < < 1. Khi cng thc nhgi sai s ca cc a thc ni suy Lagrange v Newton u c dng

    |() ()| |()| 1(+ 1)!

    max[1,1]

    (+1)()

    ,

    trong a thc bc + 1:

    () = ( 0)( 1) . . . ( ).Ta mun chn cc mc ni suy {}=0 cc tiu gi tr max11 |()|.iu ny dn ti vic s dng a thc ni suy Chebyshev.

  • Matlab trong Gii tch s 9/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Xt trng hp ni suy a thc cho hm () trn on [1, 1] da trncc mc ni suy 1 0 < 1 < < 1. Khi cng thc nhgi sai s ca cc a thc ni suy Lagrange v Newton u c dng

    |() ()| |()| 1(+ 1)!

    max[1,1]

    (+1)()

    ,

    trong a thc bc + 1:

    () = ( 0)( 1) . . . ( ).Ta mun chn cc mc ni suy {}=0 cc tiu gi tr max11 |()|.iu ny dn ti vic s dng a thc ni suy Chebyshev.

  • Matlab trong Gii tch s 10/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    nh ngha 1.1

    Cc hm() = cos( arccos()), = 0, 1, 2, . . .

    gi l cc a thc Chebyshev trong on [1, 1].

    Ch 1.1

    Cc hm trn thc s l cc a thc. Tht vy, t = arccos(). ng nhtthc

    cos(+ 1) + cos( 1) = 2 cos coscho ta cng thc truy hi

    +1() = 2() 1().Vi 0() = 1, 1() = , r rng () .

  • Matlab trong Gii tch s 11/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Bng mt s a thc ni suy Chebyshev u tin

    0() = 11() = 2() = 2

    2 13() = 4

    3 34() = 8

    4 82 15() = 16

    5 203 + 56() = 32

    6 484 + 182 17() = 64

    7 1125 + 563 7. . .

  • Matlab trong Gii tch s 12/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc ChebyshevMt s tnh cht ca a thc Chebyshev

    Cc h s ca a thc Chebyshev u nguyn.

    H s ng vi bc cao nht l = 21.

    2 l hm chn, 2+1 l hm l.

    |()| 1 vi [1, 1] v () = 1 vi = cos(/).(1) = 1, (1) = (1).

    () = 0 vi = cos

    ((2 1)

    2

    ), = 1, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 12/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc ChebyshevMt s tnh cht ca a thc Chebyshev

    Cc h s ca a thc Chebyshev u nguyn.

    H s ng vi bc cao nht l = 21.

    2 l hm chn, 2+1 l hm l.

    |()| 1 vi [1, 1] v () = 1 vi = cos(/).(1) = 1, (1) = (1).

    () = 0 vi = cos

    ((2 1)

    2

    ), = 1, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 12/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc ChebyshevMt s tnh cht ca a thc Chebyshev

    Cc h s ca a thc Chebyshev u nguyn.

    H s ng vi bc cao nht l = 21.

    2 l hm chn, 2+1 l hm l.

    |()| 1 vi [1, 1] v () = 1 vi = cos(/).(1) = 1, (1) = (1).

    () = 0 vi = cos

    ((2 1)

    2

    ), = 1, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 12/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc ChebyshevMt s tnh cht ca a thc Chebyshev

    Cc h s ca a thc Chebyshev u nguyn.

    H s ng vi bc cao nht l = 21.

    2 l hm chn, 2+1 l hm l.

    |()| 1 vi [1, 1] v () = 1 vi = cos(/).(1) = 1, (1) = (1).

    () = 0 vi = cos

    ((2 1)

    2

    ), = 1, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 12/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc ChebyshevMt s tnh cht ca a thc Chebyshev

    Cc h s ca a thc Chebyshev u nguyn.

    H s ng vi bc cao nht l = 21.

    2 l hm chn, 2+1 l hm l.

    |()| 1 vi [1, 1] v () = 1 vi = cos(/).(1) = 1, (1) = (1).

    () = 0 vi = cos

    ((2 1)

    2

    ), = 1, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 12/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc ChebyshevMt s tnh cht ca a thc Chebyshev

    Cc h s ca a thc Chebyshev u nguyn.

    H s ng vi bc cao nht l = 21.

    2 l hm chn, 2+1 l hm l.

    |()| 1 vi [1, 1] v () = 1 vi = cos(/).(1) = 1, (1) = (1).

    () = 0 vi = cos

    ((2 1)

    2

    ), = 1, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 13/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    nh l 1.2

    Gi s c nh. Trong s tt c cc cch chn () v cc mc phn bit{}=0 [1, 1], a thc () = +1()/2 l s la chn suy nht thamn

    max11

    {| ()|} max11

    {|()|} .

    Hn na

    max11

    {| ()|} = 12

    .

  • Matlab trong Gii tch s 14/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Cc mc ni suy trn on [1, 1] c xc nh bi

    = cos

    ((2+ 1 2)

    2+ 2

    ), = 0, 1, . . . ,

    S dng php i bin [1, 1] [, ]:

    =

    ( 2

    )+

    +

    2 = 2

    1

    Cc mc ni suy trn on [, ] bt k

    =

    ( 2

    )++

    2

    = cos

    ((2+ 1 2)

    2+ 2

    )( 2

    )++

    2, = 0, 1, . . . , . (1.4)

  • Matlab trong Gii tch s 14/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Cc mc ni suy trn on [1, 1] c xc nh bi

    = cos

    ((2+ 1 2)

    2+ 2

    ), = 0, 1, . . . ,

    S dng php i bin [1, 1] [, ]:

    =

    ( 2

    )+

    +

    2 = 2

    1

    Cc mc ni suy trn on [, ] bt k

    =

    ( 2

    )++

    2

    = cos

    ((2+ 1 2)

    2+ 2

    )( 2

    )++

    2, = 0, 1, . . . , . (1.4)

  • Matlab trong Gii tch s 14/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Cc mc ni suy trn on [1, 1] c xc nh bi

    = cos

    ((2+ 1 2)

    2+ 2

    ), = 0, 1, . . . ,

    S dng php i bin [1, 1] [, ]:

    =

    ( 2

    )+

    +

    2 = 2

    1

    Cc mc ni suy trn on [, ] bt k

    =

    ( 2

    )++

    2

    = cos

    ((2+ 1 2)

    2+ 2

    )( 2

    )++

    2, = 0, 1, . . . , . (1.4)

  • Matlab trong Gii tch s 15/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    nh l 1.3

    Gi s () l a thc ni suy Lagrange vi cc mc ni suy (1.4). Khi nu +1 [, ] th ta c

    |() ()| 2( )+1

    4+1(+ 1)!max

    { (+1)()

    }.

    V d 1

    Xt hm () = sin trn[0,

    4

    ]. Cc mc ni suy Chebyshev

    = cos

    ((11 2)

    12

    )

    8+

    8, = 0, 1, . . . , 5.

    S dng nh gi (6)()

    | sin (/4)| = 21/2 =: ta thu c

    |() 5()| (8

    )6( 26!

    )21/2 = 0.00000720.

  • Matlab trong Gii tch s 16/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Cng thc ni suy Chebyshev

    Hm () c xp x bi

    () =0

    ()

    (1.5)

    trong

    =2

    ( +

    2

    );

    0 =1

    + 1

    =0

    ()0 () =

    1

    + 1

    =0

    ();

    =2

    + 1

    =0

    () () =

    2

    + 1

    =0

    () cos(2+ 1 2)

    2(+ 1), = 1, 2, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 16/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Cng thc ni suy Chebyshev

    Hm () c xp x bi

    () =0

    ()

    (1.5)

    trong

    =2

    ( +

    2

    );

    0 =1

    + 1

    =0

    ()0 () =

    1

    + 1

    =0

    ();

    =2

    + 1

    =0

    () () =

    2

    + 1

    =0

    () cos(2+ 1 2)

    2(+ 1), = 1, 2, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 16/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Cng thc ni suy Chebyshev

    Hm () c xp x bi

    () =0

    ()

    (1.5)

    trong

    =2

    ( +

    2

    );

    0 =1

    + 1

    =0

    ()0 () =

    1

    + 1

    =0

    ();

    =2

    + 1

    =0

    () () =

    2

    + 1

    =0

    () cos(2+ 1 2)

    2(+ 1), = 1, 2, . . . , .

  • Matlab trong Gii tch s 17/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    V d 2

    Tm a thc ni suy Chebyshev bc 3 ca hm () = trn [1, 1].

    Cc mc ni suy: = cos

    ((2 + 1)

    8

    ), = 0, 1, 2, 3;

    Cc h s:

    0 =1

    4

    3=0

    0 () =1

    4

    3=0

    = 1.26606568

    1 =1

    2

    3=0

    1 () =1

    4

    3=0

    = 1.13031500

    2 =1

    2

    3=0

    2 () =1

    4

    3=0

    cos

    (2

    2 + 1

    8

    )= 0.27145036

    3 =1

    2

    3=0

    2 () =1

    4

    3=0

    cos

    (3

    2 + 1

    8

    )= 0.04379392.

  • Matlab trong Gii tch s 17/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    V d 2

    Tm a thc ni suy Chebyshev bc 3 ca hm () = trn [1, 1].

    Cc mc ni suy: = cos

    ((2 + 1)

    8

    ), = 0, 1, 2, 3;

    Cc h s:

    0 =1

    4

    3=0

    0 () =1

    4

    3=0

    = 1.26606568

    1 =1

    2

    3=0

    1 () =1

    4

    3=0

    = 1.13031500

    2 =1

    2

    3=0

    2 () =1

    4

    3=0

    cos

    (2

    2 + 1

    8

    )= 0.27145036

    3 =1

    2

    3=0

    2 () =1

    4

    3=0

    cos

    (3

    2 + 1

    8

    )= 0.04379392.

  • Matlab trong Gii tch s 18/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    Ni suy bng a thc Chebyshev

    V d 2 (tip)

    a thc ni suy Chebyshev bc 3

    3() =3=0

    ()

    = 1.266065680() + 1.130315001() + 0.271450362() + 0.043793923()

    = 0.99461532 + 0.99893324+ 0.542900722 + 0.175175683.

  • Matlab trong Gii tch s 19/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Hermit (c thm)

    Ni suy bng a thc Hermit

    Trong mt s trng hp, ta cn tm hm a thc khng nhng i quanhng im cho trc m cn phi tha mn iu kin v o hm ticc im . Ta gi cc a thc l a thc ni suy Hermit.

    n gin, ta kho st a thc bc 3:

    () = 33 +2

    2 +1+0

    i qua hai im (0, 0) , (1, 1) v c cc o hm l 0,

    1. Nh vy

    ta phi tm cc h s , = 0, 3 bng cch gii h phng trnh (0) = 3

    30 +2

    20 +10 +0 = 0

    (1) = 331 +2

    21 +11 +0 = 1

    (0) = 33

    20 + 220 +1 =

    0

    (1) = 33

    21 + 221 +1 =

    1

  • Matlab trong Gii tch s 20/57

    a thc ni suy

    Ni suy bng a thc Hermit (c thm)

    Ni suy bng a thc Hermit

    Cc o hm bc nht c tnh gn ng bi

    0 = (0 + ) (0)

    =:

    2 0

    0 = (1) (1 )

    =:

    1 3

    By gi ta tm a thc ni suy Lagange hay Newton i qua 4 im

    (0, 0) ,(2 = 0 + , 2 = 0 +

    0),(3 = 1 , 3 = 1 + 1

    ), (1, 1) .

  • Matlab trong Gii tch s 21/57

    Gii gn ng phng trnh

    Ni dung1 a thc ni suy

    Ni suy LagrangeNi suy NewtonNi suy bng a thc ChebyshevNi suy bng a thc Hermit (c thm)

    2 Gii gn ng phng trnhPhng php chia iPhng php dy cungPhng php Newton - Raphson

    3 Gii gn ng h phng trnhPhng php lp nPhng php JacobiPhng php Gauss-SeidelPhng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    4 Gii gn ng phng trnh vi phn thngPhng php EulerPhng php Euler ci tin (Modified Euler hay RK-2)Phng php Runge-KuttaH phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

  • Matlab trong Gii tch s 22/57

    Gii gn ng phng trnh

    Gii gn ng phng trnh

    Trong chng ny, chng ta s nghin cu mt s phng php gii phngtrnh mt bin s:

    () = 0, (2.1)

    trong () l mt hm s (hay siu vit).Phng trnh (2.1) ch gii c ng trong mt s trng hp c bit, nichung rt phc tp, do chng ta phi tm cch gii gn ng. Ngoi ra cch s ca () trong thc t ch bit gn ng v th vic gii ng (2.1)chng nhng khng thc hin c m nhiu khi khng c ngha. gii (2.1) thng thng c hai bc:

    1 Gii s b: i tm mt khong b cha nghim

    Vy nghim: Tm on b cha cc nghimTch nghim: Tch cc on b, mi on ch cha mtnghim

    2 Gii kin ton: Tm nghim vi chnh xc cn thit

  • Matlab trong Gii tch s 22/57

    Gii gn ng phng trnh

    Gii gn ng phng trnh

    Trong chng ny, chng ta s nghin cu mt s phng php gii phngtrnh mt bin s:

    () = 0, (2.1)

    trong () l mt hm s (hay siu vit).Phng trnh (2.1) ch gii c ng trong mt s trng hp c bit, nichung rt phc tp, do chng ta phi tm cch gii gn ng. Ngoi ra cch s ca () trong thc t ch bit gn ng v th vic gii ng (2.1)chng nhng khng thc hin c m nhiu khi khng c ngha. gii (2.1) thng thng c hai bc:

    1 Gii s b: i tm mt khong b cha nghim

    Vy nghim: Tm on b cha cc nghimTch nghim: Tch cc on b, mi on ch cha mtnghim

    2 Gii kin ton: Tm nghim vi chnh xc cn thit

  • Matlab trong Gii tch s 22/57

    Gii gn ng phng trnh

    Gii gn ng phng trnh

    Trong chng ny, chng ta s nghin cu mt s phng php gii phngtrnh mt bin s:

    () = 0, (2.1)

    trong () l mt hm s (hay siu vit).Phng trnh (2.1) ch gii c ng trong mt s trng hp c bit, nichung rt phc tp, do chng ta phi tm cch gii gn ng. Ngoi ra cch s ca () trong thc t ch bit gn ng v th vic gii ng (2.1)chng nhng khng thc hin c m nhiu khi khng c ngha. gii (2.1) thng thng c hai bc:

    1 Gii s b: i tm mt khong b cha nghim

    Vy nghim: Tm on b cha cc nghimTch nghim: Tch cc on b, mi on ch cha mtnghim

    2 Gii kin ton: Tm nghim vi chnh xc cn thit

  • Matlab trong Gii tch s 22/57

    Gii gn ng phng trnh

    Gii gn ng phng trnh

    Trong chng ny, chng ta s nghin cu mt s phng php gii phngtrnh mt bin s:

    () = 0, (2.1)

    trong () l mt hm s (hay siu vit).Phng trnh (2.1) ch gii c ng trong mt s trng hp c bit, nichung rt phc tp, do chng ta phi tm cch gii gn ng. Ngoi ra cch s ca () trong thc t ch bit gn ng v th vic gii ng (2.1)chng nhng khng thc hin c m nhiu khi khng c ngha. gii (2.1) thng thng c hai bc:

    1 Gii s b: i tm mt khong b cha nghim

    Vy nghim: Tm on b cha cc nghimTch nghim: Tch cc on b, mi on ch cha mtnghim

    2 Gii kin ton: Tm nghim vi chnh xc cn thit

  • Matlab trong Gii tch s 23/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php chia i

    Phng php chia i

    Gi s hm s () lin tc trn on [, ] v ().() < 0.

    Chia [, ] thnh 2 phn bi im gia =+

    2

    1 Nu () = 0 th nghim = 2 Nu () = 0 th chn [, ] hoc [, ] m gi tr hm ti hai

    u tri du v k hiu l [1, 1]. i vi [1, 1] li tin hnhnh [, ].

    u im ca phng php chia i l thut ton n gin do d lptrnh. Tuy nhin do phng php chia i s dng rt t thng tin v hm() nn tc hi t kh chm v ch s dng gii s b phngtrnh.

  • Matlab trong Gii tch s 23/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php chia i

    Phng php chia i

    Gi s hm s () lin tc trn on [, ] v ().() < 0.

    Chia [, ] thnh 2 phn bi im gia =+

    2

    1 Nu () = 0 th nghim = 2 Nu () = 0 th chn [, ] hoc [, ] m gi tr hm ti hai

    u tri du v k hiu l [1, 1]. i vi [1, 1] li tin hnhnh [, ].

    u im ca phng php chia i l thut ton n gin do d lptrnh. Tuy nhin do phng php chia i s dng rt t thng tin v hm() nn tc hi t kh chm v ch s dng gii s b phngtrnh.

  • Matlab trong Gii tch s 23/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php chia i

    Phng php chia i

    Gi s hm s () lin tc trn on [, ] v ().() < 0.

    Chia [, ] thnh 2 phn bi im gia =+

    2

    1 Nu () = 0 th nghim = 2 Nu () = 0 th chn [, ] hoc [, ] m gi tr hm ti hai

    u tri du v k hiu l [1, 1]. i vi [1, 1] li tin hnhnh [, ].

    u im ca phng php chia i l thut ton n gin do d lptrnh. Tuy nhin do phng php chia i s dng rt t thng tin v hm() nn tc hi t kh chm v ch s dng gii s b phngtrnh.

  • Matlab trong Gii tch s 23/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php chia i

    Phng php chia i

    Gi s hm s () lin tc trn on [, ] v ().() < 0.

    Chia [, ] thnh 2 phn bi im gia =+

    2

    1 Nu () = 0 th nghim = 2 Nu () = 0 th chn [, ] hoc [, ] m gi tr hm ti hai

    u tri du v k hiu l [1, 1]. i vi [1, 1] li tin hnhnh [, ].

    u im ca phng php chia i l thut ton n gin do d lptrnh. Tuy nhin do phng php chia i s dng rt t thng tin v hm() nn tc hi t kh chm v ch s dng gii s b phngtrnh.

  • Matlab trong Gii tch s 23/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php chia i

    Phng php chia i

    Gi s hm s () lin tc trn on [, ] v ().() < 0.

    Chia [, ] thnh 2 phn bi im gia =+

    2

    1 Nu () = 0 th nghim = 2 Nu () = 0 th chn [, ] hoc [, ] m gi tr hm ti hai

    u tri du v k hiu l [1, 1]. i vi [1, 1] li tin hnhnh [, ].

    u im ca phng php chia i l thut ton n gin do d lptrnh. Tuy nhin do phng php chia i s dng rt t thng tin v hm() nn tc hi t kh chm v ch s dng gii s b phngtrnh.

  • Matlab trong Gii tch s 24/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php dy cung

    Phng php dy cung

    Gi s () lin tc trn on [, ] v tha mn ().() < 0. Khngmt tng qut ta gi s () < 0 v () > 0. Khi , thay v chia i

    on [, ], ta chia theo t l ()()

    v thu c nghim gn ng

    1 = + 1

    trong

    1 =()

    () + () ( ).

    Tip theo dng cch trn vi mt trong hai on [, 1] hay [1, ] mgi tr hm ti hai u tri du ta thu c nghim gn ng 2.

    Cng thc lp ca phng php dy cung:

    = 1 1() (1) . (1) ,

    trong 0 = (hoc 0 = ) th = (hoc ).

  • Matlab trong Gii tch s 24/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php dy cung

    Phng php dy cung

    Gi s () lin tc trn on [, ] v tha mn ().() < 0. Khngmt tng qut ta gi s () < 0 v () > 0. Khi , thay v chia i

    on [, ], ta chia theo t l ()()

    v thu c nghim gn ng

    1 = + 1

    trong

    1 =()

    () + () ( ).

    Tip theo dng cch trn vi mt trong hai on [, 1] hay [1, ] mgi tr hm ti hai u tri du ta thu c nghim gn ng 2.

    Cng thc lp ca phng php dy cung:

    = 1 1() (1) . (1) ,

    trong 0 = (hoc 0 = ) th = (hoc ).

  • Matlab trong Gii tch s 24/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php dy cung

    Phng php dy cung

    Gi s () lin tc trn on [, ] v tha mn ().() < 0. Khngmt tng qut ta gi s () < 0 v () > 0. Khi , thay v chia i

    on [, ], ta chia theo t l ()()

    v thu c nghim gn ng

    1 = + 1

    trong

    1 =()

    () + () ( ).

    Tip theo dng cch trn vi mt trong hai on [, 1] hay [1, ] mgi tr hm ti hai u tri du ta thu c nghim gn ng 2.

    Cng thc lp ca phng php dy cung:

    = 1 1() (1) . (1) ,

    trong 0 = (hoc 0 = ) th = (hoc ).

  • Matlab trong Gii tch s 25/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php Newton - Raphson

    Phng php Newton - Raphson

    Phng php Newton (cn gi l phng php tip tuyn) c dng nhiu v

    n hi t nhanh. Tuy nhin phng php ny i hi phi tnh o hm ().

    Cng thc Newton - raphson c suy t khai trin Taylor ca () trong lncn :

    (+1) = () + () (+1 ) + (+1 )2 .

    Nu +1 l nghim ca phng trnh () = 0 th ta c

    0 = () + () (+1 ) + (+1 )2 .

    Gi s gn vi +1, ta c th b qua s hng cui v thu c cng thcNewton - Raphson:

    +1 = () ()

    (2.2)

  • Matlab trong Gii tch s 26/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php Newton - Raphson

    Phng php Newton - Raphson

    Thut ton c tm lc nh sau

    1 Cho 0

    2 Tnh = () ()

    3 Cho = +

    4 Lp li bc 2 v bc 3 cho n khi || <

  • Matlab trong Gii tch s 26/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php Newton - Raphson

    Phng php Newton - Raphson

    Thut ton c tm lc nh sau

    1 Cho 0

    2 Tnh = () ()

    3 Cho = +

    4 Lp li bc 2 v bc 3 cho n khi || <

  • Matlab trong Gii tch s 26/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php Newton - Raphson

    Phng php Newton - Raphson

    Thut ton c tm lc nh sau

    1 Cho 0

    2 Tnh = () ()

    3 Cho = +

    4 Lp li bc 2 v bc 3 cho n khi || <

  • Matlab trong Gii tch s 26/57

    Gii gn ng phng trnh

    Phng php Newton - Raphson

    Phng php Newton - Raphson

    Thut ton c tm lc nh sau

    1 Cho 0

    2 Tnh = () ()

    3 Cho = +

    4 Lp li bc 2 v bc 3 cho n khi || <

  • Matlab trong Gii tch s 27/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Ni dung1 a thc ni suy

    Ni suy LagrangeNi suy NewtonNi suy bng a thc ChebyshevNi suy bng a thc Hermit (c thm)

    2 Gii gn ng phng trnhPhng php chia iPhng php dy cungPhng php Newton - Raphson

    3 Gii gn ng h phng trnhPhng php lp nPhng php JacobiPhng php Gauss-SeidelPhng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    4 Gii gn ng phng trnh vi phn thngPhng php EulerPhng php Euler ci tin (Modified Euler hay RK-2)Phng php Runge-KuttaH phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

  • Matlab trong Gii tch s 28/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php lp n

    Phng php lp n

    Xt h phng trnh i s tuyn tnh:

    = , (3.3)

    trong R l ma trn cp , R l vector cho trc, cn R l vector nghim cn tm. gii lp h (4.1) ta bin i n v dng thun tin cho php lp

    = + , (3.4)

  • Matlab trong Gii tch s 28/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php lp n

    Phng php lp n

    Xt h phng trnh i s tuyn tnh:

    = , (3.3)

    trong R l ma trn cp , R l vector cho trc, cn R l vector nghim cn tm. gii lp h (4.1) ta bin i n v dng thun tin cho php lp

    = + , (3.4)

  • Matlab trong Gii tch s 29/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php lp n

    Phng php lp n

    Da vo nguyn l nh x co ta c kt qu sau:

    nh l 3.1

    Gi s < 1. Khi mi dy lp

    (+1) = () + ( 0) (3.5)trong (0) R bt k cho trc, u hi t n nghim duy nht * caphng trnh (3.4). Hn na ta c cc nh gi sai s:

    () (0)

    1 (1) (0)

    ,

    () *

    1

    () (1)

    .

  • Matlab trong Gii tch s 30/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Jacobi

    Phng php Jacobi

    nh ngha 3.1

    Ma trn = ()1 c gi l ma trn (ng) cho tri (strictly diagonally

    dominant) nu

    || >=1 =

    | | vi = 1, 2, . . . , . (3.6)

    nh l 3.2

    Gi s l ma trn cho tri. Khi h (4.1) c th c bin i v dngphng trnh (3.4) vi

    =

    , = ()1 , =

    0, =

    , = .

  • Matlab trong Gii tch s 30/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Jacobi

    Phng php Jacobi

    nh ngha 3.1

    Ma trn = ()1 c gi l ma trn (ng) cho tri (strictly diagonally

    dominant) nu

    || >=1 =

    | | vi = 1, 2, . . . , . (3.6)

    nh l 3.2

    Gi s l ma trn cho tri. Khi h (4.1) c th c bin i v dngphng trnh (3.4) vi

    =

    , = ()1 , =

    0, =

    , = .

  • Matlab trong Gii tch s 31/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Jacobi

    Phng php Jacobi

    D thy

    = max1=1

    | | = max1

    =

    | |

    || < 1.

    Cng thc lp Jacobi

    Gi s phn t th ca dy lp l () =(()1 ,

    ()2 , . . . ,

    ()

    ). Khi phn

    t k tip (+1) =((+1)1 ,

    (+1)2 , . . . ,

    (+1)

    )s c tnh theo cng thc

    (+1) =

    1

    ( 1()1 ,1()1 ,+1()+1 ()

    ),

    = 1, . . . , . (3.7)

  • Matlab trong Gii tch s 32/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Gauss-Seidel

    Phng php Gauss-Seidel

    Cng thc lp Gauss-Seidel

    Gi s phn t th ca dy lp l () =(()1 ,

    ()2 , . . . ,

    ()

    ). Khi phn

    t k tip (+1) =((+1)1 ,

    (+1)2 , . . . ,

    (+1)

    )s c tnh theo cng thc

    (+1) =

    1

    ( 1(+1)1 ,1(+1)1 ,+1()+1 ()

    ),

    = 1, . . . , . (3.8)

  • Matlab trong Gii tch s 33/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    n gin, ta ch xt trong trng hp hai chiu. Cc kt qu ny c th ddng m rng cho cc trng hp nhiu chiu hn.

    Mc tiu

    Tm phng php gii h phng trnh phi tuyn

    1(, ) = 0

    2(, ) = 0, (3.9)

    trong 1, 2 l cc hm (phi tuyn) ph thuc vo hai bin , .

    nh ngha 3.2

    Ma trn Jacobi ca cc hm 1(, ) v 2(, ) c xc nh bi

    (, ) =

    1 (, ) 1 (, )2

    (, )2

    (, )

    (3.10)

  • Matlab trong Gii tch s 34/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    o hm m rng

    Gi s cc hm = 1(, ) v = 2(, ) bit cc gi tr ti im(0, 0). Ta mun d on gi tr ca chng ti im ln cn (, ). Khi theo cc cng thc vi phn ton phn ta c

    =1

    (0, 0) +1

    (0, 0)

    =2

    (0, 0) +2

    (0, 0)

    hoc c th vit di dng ma trn

    =

    [

    ]= (0, 0)

    [

    ]= (0, 0) . (3.11)

  • Matlab trong Gii tch s 35/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    nh ngha 3.3

    im (, ) c gi l im bt ng ca hai phng trnh

    = 1(, ) (3.12a)

    = 2(, ) (3.12b)

    nu = 1(, ) v = 1(, ).

    nh ngha 3.4

    Php lp im bt ng ca phng trnh (3.12a), (3.12b) c xc nh bi

    +1 = 1 (, ) (3.13a)

    +1 = 2 (, ) , 0. (3.13b)

  • Matlab trong Gii tch s 36/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    nh l 3.3

    Gi s cc hm trong h phng trnh (3.12a), (3.12b) v cc o hm ringca chng lin tc trong ln cn ca im bt ng (, ). Khi nu imxut pht (0, 0) c chn gn (, ), ng thi

    1

    (, )

    +

    1

    (, )

    < 1

    2

    (, )

    +

    2

    (, )

    < 1

    th dy lp (3.13a), (3.13b) hi t n im bt ng (, ) ca h (3.12a),(3.12b).

  • Matlab trong Gii tch s 37/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Xt cc hm = 1(, ) v = 2(, ). Gi s cc hm 1, 2 c cc ohm ring lin tc trong ln cn ca im (0, 0). Khi trong ln cn ny tas c cc xp x tuyn tnh:

    0 = 1

    (0, 0) ( 0) + 1

    (0, 0) ( 0)

    0 = 2

    (0, 0) ( 0) + 2

    (0, 0) ( 0) ,

    hay c th vit di dng

    =

    [ 0 0

    ]=

    1 (0, 0) 1 (0, 0)2

    (0, 0)2

    (0, 0)

    [ 0 0

    ]= (0, 0).

    (3.14)

  • Matlab trong Gii tch s 37/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Xt cc hm = 1(, ) v = 2(, ). Gi s cc hm 1, 2 c cc ohm ring lin tc trong ln cn ca im (0, 0). Khi trong ln cn ny tas c cc xp x tuyn tnh:

    0 = 1

    (0, 0) ( 0) + 1

    (0, 0) ( 0)

    0 = 2

    (0, 0) ( 0) + 2

    (0, 0) ( 0) ,

    hay c th vit di dng

    =

    [ 0 0

    ]=

    1 (0, 0) 1 (0, 0)2

    (0, 0)2

    (0, 0)

    [ 0 0

    ]= (0, 0).

    (3.14)

  • Matlab trong Gii tch s 38/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Ta s dng (3.14) xy dng dy lp Newton gii h

    0 = 1(, )

    0 = 2(, ). (3.15)

    Gi s (, ) l nghim ca (3.15), tc l 0 = 1(, ) v 0 = 2(, ). Xt sbin thin ca cc hm , ti im (0, 0):

    = 0 = 0 = 0 = 0

    t (, ) = (, ) trong (3.15) ta thy (, ) = (0, 0), do

    0 = 1(, ) 1 (0, 0) = 1(0, 0) 0 = 2(, ) 2 (0, 0) = 2(0, 0)

  • Matlab trong Gii tch s 39/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    T ta thu c

    1 (0, 0) 1 (0, 0)2

    (0, 0)2

    (0, 0)

    [

    ]=

    [1 (0, 0)2 (0, 0)

    ]

    hay

    (0, 0) = (0, 0) . (3.16)

    Nu ma trn (0, 0) l khng suy bin th ta c

    = [ (0, 0)]1 (0, 0) . (3.17)

  • Matlab trong Gii tch s 40/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuynLc lp Newton

    Gi s bc th ta c .

    Bc 1 : Tnh gi tr ca vector hm () =

    [1 (, )2 (, )

    ];

    Bc 2 : Tnh gi tr ca ma trn Jacobi

    () =

    1 (, ) 1 (, )2

    (, )2

    (, )

    ;Bc 3 : Gii h i s tuyn tnh vi (n ): () = ();Bc 4 : Tnh xp x tip theo theo cng thc: +1 = + ;

    Lp li qu trnh trn.

  • Matlab trong Gii tch s 40/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuynLc lp Newton

    Gi s bc th ta c .

    Bc 1 : Tnh gi tr ca vector hm () =

    [1 (, )2 (, )

    ];

    Bc 2 : Tnh gi tr ca ma trn Jacobi

    () =

    1 (, ) 1 (, )2

    (, )2

    (, )

    ;Bc 3 : Gii h i s tuyn tnh vi (n ): () = ();Bc 4 : Tnh xp x tip theo theo cng thc: +1 = + ;

    Lp li qu trnh trn.

  • Matlab trong Gii tch s 40/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuynLc lp Newton

    Gi s bc th ta c .

    Bc 1 : Tnh gi tr ca vector hm () =

    [1 (, )2 (, )

    ];

    Bc 2 : Tnh gi tr ca ma trn Jacobi

    () =

    1 (, ) 1 (, )2

    (, )2

    (, )

    ;Bc 3 : Gii h i s tuyn tnh vi (n ): () = ();Bc 4 : Tnh xp x tip theo theo cng thc: +1 = + ;

    Lp li qu trnh trn.

  • Matlab trong Gii tch s 40/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuynLc lp Newton

    Gi s bc th ta c .

    Bc 1 : Tnh gi tr ca vector hm () =

    [1 (, )2 (, )

    ];

    Bc 2 : Tnh gi tr ca ma trn Jacobi

    () =

    1 (, ) 1 (, )2

    (, )2

    (, )

    ;Bc 3 : Gii h i s tuyn tnh vi (n ): () = ();Bc 4 : Tnh xp x tip theo theo cng thc: +1 = + ;

    Lp li qu trnh trn.

  • Matlab trong Gii tch s 40/57

    Gii gn ng h phng trnh

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    Phng php Newton gii h phng trnh phi tuynLc lp Newton

    Gi s bc th ta c .

    Bc 1 : Tnh gi tr ca vector hm () =

    [1 (, )2 (, )

    ];

    Bc 2 : Tnh gi tr ca ma trn Jacobi

    () =

    1 (, ) 1 (, )2

    (, )2

    (, )

    ;Bc 3 : Gii h i s tuyn tnh vi (n ): () = ();Bc 4 : Tnh xp x tip theo theo cng thc: +1 = + ;

    Lp li qu trnh trn.

  • Matlab trong Gii tch s 41/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Ni dung1 a thc ni suy

    Ni suy LagrangeNi suy NewtonNi suy bng a thc ChebyshevNi suy bng a thc Hermit (c thm)

    2 Gii gn ng phng trnhPhng php chia iPhng php dy cungPhng php Newton - Raphson

    3 Gii gn ng h phng trnhPhng php lp nPhng php JacobiPhng php Gauss-SeidelPhng php Newton gii h phng trnh phi tuyn

    4 Gii gn ng phng trnh vi phn thngPhng php EulerPhng php Euler ci tin (Modified Euler hay RK-2)Phng php Runge-KuttaH phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

  • Matlab trong Gii tch s 42/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Bi ton gi tr ban u

    Bi ton 4.1

    Tm hm s = () tha mn iu kin

    = (, ), 0 ; (0) = 0.

    Ngi ta chng minh c rng bi ton trn c duy nht nghim nu thamn iu kin Lipschitz theo i :

    | (, 1) (, 2)| |1 2|

    vi l mt hng s dng.

  • Matlab trong Gii tch s 42/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Bi ton gi tr ban u

    Bi ton 4.1

    Tm hm s = () tha mn iu kin

    = (, ), 0 ; (0) = 0.

    Ngi ta chng minh c rng bi ton trn c duy nht nghim nu thamn iu kin Lipschitz theo i :

    | (, 1) (, 2)| |1 2|

    vi l mt hng s dng.

  • Matlab trong Gii tch s 43/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Bi ton gi tr ban u

    Mc tiu

    Tm nghim bng s ca bi ton (4.1) ti im 1 = 0 + [0, ] vi bc > 0.

    Mt s phng php mt bc thng dng

    Phng php Euler

    Phng php Euler ci tin

    Phng php Runge - Kutta (RK)

  • Matlab trong Gii tch s 43/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Bi ton gi tr ban u

    Mc tiu

    Tm nghim bng s ca bi ton (4.1) ti im 1 = 0 + [0, ] vi bc > 0.

    Mt s phng php mt bc thng dng

    Phng php Euler

    Phng php Euler ci tin

    Phng php Runge - Kutta (RK)

  • Matlab trong Gii tch s 43/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Bi ton gi tr ban u

    Mc tiu

    Tm nghim bng s ca bi ton (4.1) ti im 1 = 0 + [0, ] vi bc > 0.

    Mt s phng php mt bc thng dng

    Phng php Euler

    Phng php Euler ci tin

    Phng php Runge - Kutta (RK)

  • Matlab trong Gii tch s 43/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Bi ton gi tr ban u

    Mc tiu

    Tm nghim bng s ca bi ton (4.1) ti im 1 = 0 + [0, ] vi bc > 0.

    Mt s phng php mt bc thng dng

    Phng php Euler

    Phng php Euler ci tin

    Phng php Runge - Kutta (RK)

  • Matlab trong Gii tch s 44/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler

    Phng php Euler (RK-1)

    Cng thc Euler

    (+ ) = () + (, ). (4.1)

    Cng thc lp

    Nu on [0, ] c chia thnh on c di = 0

    bi cc im

    chia 0 < 1 < 2 < th theo cng thc Euler ta tnh c gi tr gn ngca nghim ti cc im = 0 + , = 1, 2, . . . theo cc cng thc:

    0 = (0);

    1 = 0 + (0, 0);

    . . .;

    = 1 + (1, 1);

    . . .

  • Matlab trong Gii tch s 44/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler

    Phng php Euler (RK-1)

    Cng thc Euler

    (+ ) = () + (, ). (4.1)

    Cng thc lp

    Nu on [0, ] c chia thnh on c di = 0

    bi cc im

    chia 0 < 1 < 2 < th theo cng thc Euler ta tnh c gi tr gn ngca nghim ti cc im = 0 + , = 1, 2, . . . theo cc cng thc:

    0 = (0);

    1 = 0 + (0, 0);

    . . .;

    = 1 + (1, 1);

    . . .

  • Matlab trong Gii tch s 44/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler

    Phng php Euler (RK-1)

    Cng thc Euler

    (+ ) = () + (, ). (4.1)

    Cng thc lp

    Nu on [0, ] c chia thnh on c di = 0

    bi cc im

    chia 0 < 1 < 2 < th theo cng thc Euler ta tnh c gi tr gn ngca nghim ti cc im = 0 + , = 1, 2, . . . theo cc cng thc:

    0 = (0);

    1 = 0 + (0, 0);

    . . .;

    = 1 + (1, 1);

    . . .

  • Matlab trong Gii tch s 44/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler

    Phng php Euler (RK-1)

    Cng thc Euler

    (+ ) = () + (, ). (4.1)

    Cng thc lp

    Nu on [0, ] c chia thnh on c di = 0

    bi cc im

    chia 0 < 1 < 2 < th theo cng thc Euler ta tnh c gi tr gn ngca nghim ti cc im = 0 + , = 1, 2, . . . theo cc cng thc:

    0 = (0);

    1 = 0 + (0, 0);

    . . .;

    = 1 + (1, 1);

    . . .

  • Matlab trong Gii tch s 44/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler

    Phng php Euler (RK-1)

    Cng thc Euler

    (+ ) = () + (, ). (4.1)

    Cng thc lp

    Nu on [0, ] c chia thnh on c di = 0

    bi cc im

    chia 0 < 1 < 2 < th theo cng thc Euler ta tnh c gi tr gn ngca nghim ti cc im = 0 + , = 1, 2, . . . theo cc cng thc:

    0 = (0);

    1 = 0 + (0, 0);

    . . .;

    = 1 + (1, 1);

    . . .

  • Matlab trong Gii tch s 44/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler

    Phng php Euler (RK-1)

    Cng thc Euler

    (+ ) = () + (, ). (4.1)

    Cng thc lp

    Nu on [0, ] c chia thnh on c di = 0

    bi cc im

    chia 0 < 1 < 2 < th theo cng thc Euler ta tnh c gi tr gn ngca nghim ti cc im = 0 + , = 1, 2, . . . theo cc cng thc:

    0 = (0);

    1 = 0 + (0, 0);

    . . .;

    = 1 + (1, 1);

    . . .

  • Matlab trong Gii tch s 45/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler ci tin (Modified Euler hay RK-2)

    Phng php Euler ci tin

    Cng thc Euler ci tin

    = () + (, )

    (+ ) =

    2[(, ) + (+ , )] . (4.2)

    Cng thc lp

    Vi = 1, 2, . . .:

    = 1 + (1, 1) ;

    = 1 + [ (1, 1) + (1 + , )] (4.3)

  • Matlab trong Gii tch s 45/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Euler ci tin (Modified Euler hay RK-2)

    Phng php Euler ci tin

    Cng thc Euler ci tin

    = () + (, )

    (+ ) =

    2[(, ) + (+ , )] . (4.2)

    Cng thc lp

    Vi = 1, 2, . . .:

    = 1 + (1, 1) ;

    = 1 + [ (1, 1) + (1 + , )] (4.3)

  • Matlab trong Gii tch s 46/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-Kutta

    H cc phng php Runge-Kutta (RK) hin s-nc c xc nh bi cng thc

    +1 = +

    =1

    , (4.4)

    trong

    1 = (, )

    2 = ( + 2, + 211)

    3 = ( + 3, + (311 + 322))

    ...

    =

    ( + , +

    1=1

    )

  • Matlab trong Gii tch s 46/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-Kutta

    H cc phng php Runge-Kutta (RK) hin s-nc c xc nh bi cng thc

    +1 = +

    =1

    , (4.4)

    trong

    1 = (, )

    2 = ( + 2, + 211)

    3 = ( + 3, + (311 + 322))

    ...

    =

    ( + , +

    1=1

    )

  • Matlab trong Gii tch s 46/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-Kutta

    H cc phng php Runge-Kutta (RK) hin s-nc c xc nh bi cng thc

    +1 = +

    =1

    , (4.4)

    trong

    1 = (, )

    2 = ( + 2, + 211)

    3 = ( + 3, + (311 + 322))

    ...

    =

    ( + , +

    1=1

    )

  • Matlab trong Gii tch s 46/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-Kutta

    H cc phng php Runge-Kutta (RK) hin s-nc c xc nh bi cng thc

    +1 = +

    =1

    , (4.4)

    trong

    1 = (, )

    2 = ( + 2, + 211)

    3 = ( + 3, + (311 + 322))

    ...

    =

    ( + , +

    1=1

    )

  • Matlab trong Gii tch s 46/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-Kutta

    H cc phng php Runge-Kutta (RK) hin s-nc c xc nh bi cng thc

    +1 = +

    =1

    , (4.4)

    trong

    1 = (, )

    2 = ( + 2, + 211)

    3 = ( + 3, + (311 + 322))

    ...

    =

    ( + , +

    1=1

    )

  • Matlab trong Gii tch s 47/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-KuttaBng Butcher

    02 213 31 32...

    ......

    . . ....

    ......

    1 2 ,11 2 1

    hoc dng gn hn:

    vi = () v = 0 vi .

  • Matlab trong Gii tch s 47/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-KuttaBng Butcher

    02 213 31 32...

    ......

    . . ....

    ......

    1 2 ,11 2 1

    hoc dng gn hn:

    vi = () v = 0 vi .

  • Matlab trong Gii tch s 48/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-KuttaCc v d

    V d 1

    Xt trng hp = 1. Khi

    1 = (, )

    +1 = + 1 (, ) .

    Mt khc, p dng cng thc khai trin Taylor:

    +1 = + | + = + (, ) +(2) = 1 = 1.Do , phng php Runge - Kutta mt nc (RK 1) tng ng vi phngphp Euler hin.

  • Matlab trong Gii tch s 49/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-KuttaCc v d

    V d 2

    Vi = 2, phng trnh (4.4) tng ng vi h

    1 = (, )

    2 = ( + 2, + 211) ,

    +1 = + (11 + 22) . (4.5)

    p dng khai trin Taylor trong ln cn ta c

    +1 = +

    | +

    2

    2

    2

    2| +

    (3).

    Mt khc, ta bit rng = (, ), do

    2

    2:=

    (, )

    =

    (, )

    + (, )

    (, )

    .

  • Matlab trong Gii tch s 50/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-KuttaCc v d

    V d 2 (tip)

    Do , cng thc khai trin Taylor c th c vit li nh sau

    +1 = (, ) + 2

    2

    (

    +

    )|(,) +

    (3). (4.6)

    Mt khc, s hng 2 trong cng thc RK trn c th khai trin ti (3)bi

    2 = ( + 2, + 211)

    = (, ) + 2

    |(,) ++21

    |(,) +

    (3).

    Thay vo phng trnh cui ca h (4.5) ta thu c

    +1 = (1 + 2) (, )+222 |(,)+2221

    |(,)+

    (3).

    Thay vo (4.6) ta thu c h

  • Matlab trong Gii tch s 51/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php Runge-KuttaCc v d

    V d 2 (tip)

    1 + 2 = 1,

    22 =1

    2,

    221 =1

    2.

    Cho 2 = 1. Khi 2 =1

    2, 1 =

    1

    2, 21 = 1. Bng Butcher tng ng

    01 1

    1/2 1/2. Do , cng thc Runge-Kutta 2-nc trong trng hp ny c

    dng cng thc Heun:

    +1 = +

    2((, ) + ( + , + (, ))) ,

  • Matlab trong Gii tch s 52/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php RK4

    Cng thc RK4

    1 = (, );

    2 =

    (+

    2, +

    12

    );

    3 =

    (+

    2, +

    22

    );

    4 = (+ , + 3) ;

    = () +1

    6(1 + 22 + 23 + 4) . (4.7)

    Bng Butcher tng ng

    01/2 1/21/2 0 1/21 0 0 1

    1/6 1/3 1/3 1/6

  • Matlab trong Gii tch s 53/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    Phng php Runge-Kutta

    Phng php RK4

    Cng thc lp

    Vi = 1, 2 . . .:

    1 = (1, 1) ;

    2 =

    (1 +

    2, 1 +

    12

    );

    3 =

    (1 +

    2, 1 +

    22

    );

    4 = (1 + , 1 + 3) ;

    = 1 +1

    6(1 + 22 + 23 + 4) . (4.8)

  • Matlab trong Gii tch s 54/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    H phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

    Bi ton

    Bi ton 4.2

    Tm = () v = () l nghim ca bi ton Cauchy

    = (, , ) (0) =

    = (, , ) (0) =

    [0, ] (4.9)

    hoc

    Bi ton 4.3

    Tm = () l nghim ca bi ton Cauchy cp hai:

    = (, , ) [0, ] (0) = ; (0) = . (4.10)

  • Matlab trong Gii tch s 54/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    H phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

    Bi ton

    Bi ton 4.2

    Tm = () v = () l nghim ca bi ton Cauchy

    = (, , ) (0) =

    = (, , ) (0) =

    [0, ] (4.9)

    hoc

    Bi ton 4.3

    Tm = () l nghim ca bi ton Cauchy cp hai:

    = (, , ) [0, ] (0) = ; (0) = . (4.10)

  • Matlab trong Gii tch s 55/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    H phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

    Bi ton

    Ta thy bi ton (4.3) c th c a v bi ton (4.2) bng cch t

    = () (0) =

    = (, , ) (0) = . (4.11)

    Vy ta ch xt phng php tm nghim ca h hai phng trnh vi phn cp 1(4.9).

  • Matlab trong Gii tch s 56/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    H phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

    Phng php Runge - Kutta gii h (4.9)

    Chia on [0, ] thnh on con bi cc im chia 0 < 1 < < . di mi on = +1 . Gi s gi tr ca nghim ti 1 l 1 v 1 bit, ta tm () v () theo cc cng thc ca phng phpRK4:

    1 = (1, 1, 1) ; 1 = (1, 1, 1)

    2 =

    (1 +

    2, 1 +

    12, 1 +

    12

    );

    2 =

    (1 +

    2, 1 +

    12, 1 +

    12

    )3 =

    (1 +

    2, 1 +

    22, 1 +

    22

    );

    3 =

    (1 +

    2, 1 +

    22, 1 +

    22

    )4 = (1 + , 1 + 3, 1 + 3) ; 4 = (1 + , 1 + 3, 1 + 3)

    = 1 +1

    6(1 + 22 + 23 + 4) ; = 1 +

    1

    6(1 + 22 + 23 + 4) .(4.12)

  • Matlab trong Gii tch s 57/57

    Gii gn ng phng trnh vi phn thng

    H phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao

    Bi tp thc hnh

    Tm nghim ca bi ton Cauchy cp hai:

    + + = 0 0 0.5(0) = 0 (0) = 1. (4.13)

    Bi ton cho tng ng vi h hai phng trnh vi phn cp 1

    = , (0) = 0

    = , (0) = 1. (4.14)

    a thc ni suyNi suy LagrangeNi suy NewtonNi suy bng a thc ChebyshevNi suy bng a thc Hermit (oc thm)

    Giai gn ng phng trnhPhng php chia iPhng php dy cungPhng php Newton - Raphson

    Giai gn ng h phng trnhPhng php lp nPhng php JacobiPhng php Gauss-SeidelPhng php Newton giai h phng trnh phi tuyn

    Giai gn ng phng trnh vi phn thngPhng php EulerPhng php Euler cai tin (Modified Euler hay RK-2)Phng php Runge-KuttaH phng trnh vi phn thng v phng trnh vi phn cp cao