Материал: Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Специальные главы математики» для студентов направления «Машиностроение». Горбунов В.В., Костина Т.И

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

S3

λ13=0,4

 

 

λ31=3,333

λ14=0,2

λ32=1,333

S1

S4

 

λ21=0,333

 

 

 

λ41=4

S2

λ12=0,1

 

Рис. 2

2) Матрица интенсивностей в нашем случае имеет вид

( 12 13 14)

12

13

14

 

 

 

21

( 21)

0

0

 

 

 

 

 

 

31

32

( 31 32)

0

 

 

 

41

0

0

 

 

 

 

( 41)

 

0,7

0,1

0,4

0,2

 

 

 

 

 

 

 

0,333

0,333

0

0

.

3,333

1,333

4,666

0

 

 

4

0

0

 

 

 

4

3) Составим систему дифференциальных уравнений ЧепменаКолмогорова

d P(t) P(t) : dt

24

d

P (t) (

 

 

 

 

)P (t)

 

 

P (t)

 

P (t)

 

 

 

 

21

31

dt

1

12

 

13

14

1

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt P2(t) 12P1(t) 21P2(t) 32P3(t),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P (t) P (t) (

 

)P (t),

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

13

1

 

 

31

 

32

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

P (t)

P (t) (

 

)P (t),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

4

 

14

1

 

 

 

41

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P (t) P (t) P (t) P (t) 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

d

P (t) 0,7P (t) 0,333P (t) 3,333P (t) 4P

 

 

 

 

 

 

dt

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

3

 

4

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt P2 (t) 0,1P1(t) 0,333P2 (t) 1,333P3(t),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P (t) 0,4P (t) 4,666P (t),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

3

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

P (t) 0,2P (t) 4P (t),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

1

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P (t) P (t) P (t) P (t) 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

3

 

 

4

 

 

 

 

41P4 (t),

.

(t),

.

4) Предполагается, что в начальный момент времени вероятности состояний системы равны

P1 (0) 1, P2 (0) P3 (0) P4 (0) 0.

Для аналитического решения задачи Коши в пакете Maple можно ввести набор следующих строк:

sis:=diff(p1(t),t)+0.7*p1(x)-0.333*p2(t)-3.333*p3(t)-4*p4(t), diff(p2(t),t)-0.1*p1(t)+0.333*p2(t)-1.333*p3(t), diff(p3(t),t)-0.4*p1(t)+4.666*p3(t), diff(p4(t),t)-0.2*p1(t)+4*p4(t);

>fens:={p1(t),p2(t),p3(t),p4(t)}:

>F:=dsolve({sis, p1(t)=1, p2(t)=0, p3(t)=0, p4(t)=0}, fens );

25

Опыт показывает, что полученные решения больших систем дифференциальных уравнений слишком громоздки и не представляют практического интереса.

5) Для решения задачи Коши численно с помощью метода Эйлера воспользуемся программой, написанной на Pascal.

Program lab_eiler; uses Crt;

var

k,n,i: integer; a,b,h,p10,p20,p30,p40 : real; p1,p2,p3,p4 : array[0..100] of real;

function f1(p1,p2,p3,p4:real):real; begin

f1:= 0.7*p1+0.333*p2+3.333*p3+4*p4; end;

function f2(p1,p2,p3,p4:real):real; begin

f2:= 0.1*p1 0.333*p2+1.333*p3; end;

function f3(p1,p2,p3,p4:real):real; begin

f3:= 0.4*p1 4.666*p3; end;

function f4(p1,p2,p3,p4:real):real; begin

f4:= 0.2*p1 4*p4; end;

begin ClrScr;

write(‘vvedite a:’); readln(a); write(‘vvedite b:’); readln(b);

26

write(‘vvedite n:’); readln(n); write(‘vvedite p10:’); readln(p10); write(‘vvedite p20:’); readln(p20); write(‘vvedite p30:’); readln(p30); write(‘vvedite p40:’); readln(p40);

p1[0]:=p10; p2[0]:=p20; p3[0]:=p30; p4[0]:=p40; h:=(b-a)/n;

k:=0;

for i:=1 to n do begin k:=k+1;

p1[i]:=p1[i 1]+h*f1(p1[i 1],p2[i 1],p3[i 1],p4[i 1]); p2[i]:=p2[i 1]+h*f2(p1[i 1],p2[i 1],p3[i 1],p4[i 1]); p3[i]:=p3[i 1]+h*f3(p1[i 1],p2[i 1],p3[i 1],p4[i 1]); p4[i]:=p4[i 1]+h*f4(p1[i 1],p2[i 1],p3[i 1],p4[i 1]);

if (k=4) then begin

writeln(‘p1[‘ ,i:2, ‘]=’, p1[i]:7:3, ‘p2[‘ ,i:2, ‘]=’, p2[i]:7:3, ‘p3[‘ ,i:2, ‘]=’, p3[i]:7:3, ‘p4[‘ ,i:2, ‘]=’, p4[i]:7:3); k:=0;

end;

end;

readln;

end.

Предполагается, а=0, b=8, n=64, p10=1, p20= p30= p40=0.

Результаты вычислений записываются в таблицу и оформляются в

виде графиков зависимостей P1(t),

P2 (t) , P3 (t),

P4 (t) .

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

t

P1(t)

P2 (t)

 

P3 (t)

 

P4 (t)

0

1

0

 

0

 

0

0.5

0,816

0,072

 

0,071

 

0,041

1

0,753

0,142

 

0,067

 

0,039

1.5

0,707

0,195

 

0,062

 

0,036

2

0,672

0,235

 

0,059

 

0,034

 

 

27

 

 

 

 

Продолжение таблицы 4

2.5

0,646

0,265

0,056

0,033

3

0,625

0,288

0,054

0,032

3.5

0,610

0,306

0,053

0,031

4

0,599

0,319

0,052

0,030

4.5

0,590

0,330

0,051

0,030

5

0,583

0,337

0,050

0,029

5.5

0,578

0,343

0, 050

0,029

6

0,574

0,348

0,049

0,029

6.5

0,571

0,351

0, 049

0,029

7

0,569

0,354

0, 049

0,029

7.5

0,567

0,355

0, 049

0,028

8

0,566

0,357

0, 049

0,028

Для графического оформления табличных данных воспользуемся командой plot.

> p1:=[[0,1],[0.5,0.816],[1,0.753],[1.5,0.707],[2,0.672],[2.5,0.646], [3,0.625],[3.5,0.610],[4,0.599],[4.5,0.590],[5,0.583],[5.5,0.578],[6,0.574 ],[6.5,0.571],[7,0.569],[7.5,0.567],[8,0.566]]: >p2:=[[0,0],[0.5,0.072],[1,0.142],[1.5,0.195],[2,0.235],[2.5,0.265], [3,0.288],[3.5,0.306],[4,0.319],[4.5,0.330],[5,0.337],[5.5,0.343],[6,0.348 ],[6.5,0.351],[7,0.354],[7.5,0.355],[8,0.357]]:

>p3:=[[0,0],[0.5,0.071],[1,0.067],[1.5,0.062],[2,0.059],[2.5,0.056],

[3,0.054],[3.5,0.053],[4,0.052],[4.5,0.051],[5,0.050],[5.5,0.050],[6,0.049

],[6.5,0.049],[7,0.049],[7.5,0.049],[8,0.049]]:

>p4:=[[0,0],[0.5,0.041],[1,0.039],[1.5,0.036],[2,0.034],[2.5,0.033],

[3,0.032],[3.5,0.031],[4,0.030],[4.5,0.030],[5,0.029],[5.5,0.029],[6,0.029

],[6.5,0.029],[7,0.029],[7.5,0.028],[8,0.028]]:

>plot({p1,p2,p3,p4});

28

Источник: https://studfile.net/preview/16563383/