ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 19: Gaussin integrointi emojanan alueessa.

Samankaltaiset tiedostot
Teknillinen korkeakoulu Mat Epälineaarisen elementtimenetelmän perusteet (Mikkola/Ärölä) 11. harjoituksen ratkaisut

Lämmönsiirto (ei tenttialuetta)

1. Laske sivun 104 esimerkin tapaan sellainen likiarvo luvulle e, että virheen itseisarvo on pienempi kuin 10 5.

Numeerinen integrointi

Nelisolmuinen levyelementti

LIITE 8A: RAKENNELUVUN 137 YHTÄLÖITÄ

Ax 0 mm Bx mm Cx 1800 Ay 0 mm By mm Cy 0

Sauvaelementti hum

Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö on lineaarinen, jos se voidaan kirjoittaa muotoon. + p(x)y = r(x) (28)

Rahoitusriskit ja johdannaiset Matti Estola Luento 5. Termiinihinnan määräytyminen

Differentiaaliyhtälöt, Syksy 2015 Harjoitus 2, Ratkaisut Ratkaise separoituvat differentiaaliyhtälöt. a) y = y

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 13: Avaruuskehän palkkielementti.

Energian säilymislain perusteella elektronin rekyylienergia on fotnien energioiden erotus: (1)

Kon Hydraulijärjestelmät

8. RAKENNELUKU /α = 137, (8.1)

4 KORKEAMMAN KL:N LINEAARISET DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT

exp(x) = e x x n n=0 v(x, y) = e x sin y

Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti

Numeeriset menetelmät

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

Yhtälöryhmät 1/6 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

e n 4πε S Fysiikka III (Est) 2 VK

Palkkielementti hum

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 10: Avaruusristikon sauvaelementti.

Johdatus graafiteoriaan

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

4. Putkivirtaus 4. PUTKIVIRTAUS. 4.1 Virtauslajit ja Reynoldsin luku. 4.2 Putkivirtauksen häviöt

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

Juuri 10 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

H5 Malliratkaisut - Tehtävä 1

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 8: Newtonin iteraatio. Taso- ja avaruusintegraalit

Matematiikan tukikurssi

MS-A0104 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ELEC2) MS-A0106 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ENG2)

Sami Holopainen Rakenteiden mekaniikka, Vol. 37 No. 2, 2004, ss

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Käänteismatriisin ominaisuuksia

Arvioita karakterisummille: Pólya-Vinogradovin epäyhtälö ja sen parannuksia

Talousmatematiikan perusteet

Y56 laskuharjoitukset 6 - mallivastaukset

S , FYSIIKKA III (ES), Syksy 2002, LH 4, Loppuviikko 39. Partitiofunktiota käyttäen keskiarvo voidaan kirjoittaa muotoon

Pythagoraan polku

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

ẍ(t) q(t)x(t) = f(t) 0 1 z(t) +.

Mat Sovelletun matematiikan erikoistyö. Osakeindeksisidonnaisten joukkovelkakirjojen hinnoittelumallit

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

Numeerinen integrointi

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 5: Taylor-polynomi ja sarja

Matematiikan tukikurssi

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

3 SIGNAALIN SUODATUS 3.1 SYSTEEMIN VASTE AIKATASOSSA

Demo 1: Simplex-menetelmä

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

Matriisilaskenta (TFM) MS-A0001 Hakula/Vuojamo Ratkaisut, Viikko 47, 2017

Esimerkki 1, Perusmalli (1)

MS-A0202 Di erentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 8: Taso- ja avaruusintegraalit

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 10. Lineaarikuvaus Matriisin aste Determinantti Käänteismatriisi

CST-elementti hum

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 4

Muuttujan vaihto. Viikon aiheet. Muuttujan vaihto. Muuttujan vaihto. ) pitää muistaa lausua t:n avulla. Integroimisen työkalut: Kun integraali

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 11. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 11 () Numeeriset menetelmät / 37

Talousmatematiikan perusteet: Luento 17. Osittaisintegrointi Sijoitusmenettely

k=0 saanto jokaisen kolmannen asteen polynomin. Tukipisteet on talloin valittu

Jakso 10. Tasavirrat. Tasaantumisilmiöt. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt. (Kuuluu kurssiin Sähkömagnetismi, LuTK)

f(x, y) = x 2 y 2 f(0, t) = t 2 < 0 < t 2 = f(t, 0) kaikilla t 0.

LHSf5-1* Osoita, että van der Waalsin kaasun tilavuuden lämpötilakerroin on 2 γ = ( ) RV V b T 2 RTV 2 a V b. m m ( ) m m. = 1.

Määrätty integraali. Markus Helén. Mäntän lukio

Matriisi-vektori-kertolasku, lineaariset yhtälöryhmät

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2010 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Matematiikka B3 - Avoin yliopisto

Säännöllisestä lausekkeesta deterministiseksi tilakoneeksi: esimerkki

3x + y + 2z = 5 e) 2x + 3y 2z = 3 x 2y + 4z = 1. x + y 2z + u + 3v = 1 b) 2x y + 2z + 2u + 6v = 2 3x + 2y 4z 3u 9v = 3. { 2x y = k 4x + 2y = h

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 12. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 12 () Numeeriset menetelmät / 33

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

Talousmatematiikan perusteet, ORMS1030

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

3 TOISEN KERTALUVUN LINEAARISET DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT. y + p(x)y + q(x)y = r(x) (1)

integraali Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Aiheet Linkkejä Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Määrätty integraali

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

f(x) f(y) x y f f(x) f(y) (x) = lim

Numeeriset menetelmät

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Ominaisarvoon 4 liittyvät ominaisvektorit ovat yhtälön Ax = 4x eli yhtälöryhmän x 1 + 2x 2 + x 3 = 4x 1 3x 2 + x 3 = 4x 2 5x 2 x 3 = 4x 3.

ASUNTOYHTIÖN TALOUSSUUNNITELMA RS-järjestelmä 1(5) URAKAT YHTEENSÄ, euroa. Arvio, euroa. Muut maapohjakustannukset, euroa.

A = a b B = c d. d e f. g h i determinantti on det(c) = a(ei fh) b(di fg) + c(dh eg). Matriisin determinanttia voi merkitä myös pystyviivojen avulla:

763101P FYSIIKAN MATEMATIIKKAA Kertaustehtäviä 1. välikokeeseen, sl 2008

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

Potenssisummia numeerisella integroinnilla

A B = (1, q, q 2 ) (2, 0, 2) = 2 2q q 2 = 0 q 2 = 1 q = ±1 A(±1) = (1, ±1, 1) A(1) A( 1) = (1, 1, 1) (1, 1, 1) = A( 1) A(1) A( 1) = 1

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

Johda jakauman momenttiemäfunktio ja sen avulla jakauman odotusarvo ja varianssi.

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

1.1 Funktion määritelmä

Transkriptio:

/ ELEMENIMENEELMÄN PERUSEE SESSIO : Gaussin intgrointi mojanan alussa. JOHDANO Ylisssä lujuusopin lmnttimntlmässä lmntin jäykkyysmatriisi [ k ] ja kvivalnttinn solmukuormitusvktori { r } lasktaan määrätyistä intgraalista [ k] [ B] [ E][ B]dV () v {} [ B] ([ E]{ ε0} { σ0} ) dv [ N] { g} dv [ N] { p} r da () v v A Matriisin ja vktorin intgrointi tarkoittaa sitä, ttä niidn alkiot intgroidaan riksn. Joissakin yksinkrtaisissa tapauksissa intgroinnit voidaan suorittaa analyyttissti, mutta ylnsä on turvauduttava numrisn intgrointiin. arjolla on usita mntlmiä, mutta parhaitn lmnttimntlmään sopivaksi on osoittautunut Gauss-Lgndr intgrointi. Jos intgrandi on vakio, saadaan määrätyn intgraalin arvo krtomalla tätä vakiota intgrointialun mitalla, joka on intgrointialun tilavuus, pinta-ala tai pituus sn mukaan kuinka moniulottissta intgraalista on kysymys. ällöin saadaan tarkka ratkaisu, mikäli intgrointialun mitta tunntaan tarkasti. Jos intgrandi i ol vakio, saadaan numrislla intgroinnilla likimääräinn tulos. Näin syntyvää likimääräisyyttä sanotaan intgrointivirhksi, jonka suuruus riippuu käyttystä mntlmästä. Kaavoihin () ja () prustuva lmnttimntlmä sisältää siis aina jonkin astisn intgrointivirhn. Numristn intgrointimntlmin idana on muuttaa intgraali äärllisksi painottuksi summaksi. ällöin ottaan intgrandin arvoja sopivasti valituissa intgrointipistissä ja näistä lasktaan titty painotttu kskiarvo. YKSIULOEINEN GAUSS-LEGENDRE INEGROINI Yksiulottinn määrätty intgraali on aina muotoa b I g(x)dx () a Sijoitukslla x ( )a ( )b dx (b a ) d

/ intgraali () mn suraavaan standardimuotoon I f( )d () - 0 Kuva. Emojana. jossa f( ) (b a )g[(x( )]/. Kaavan () mukaan intgrointi voidaan muuntaa suoritttavaksi kuvan mojanalmntin yli, jotn suraavassa rajoitutaan tarkastlmaan vain tätä tapausta. Intgraalill () voidaan laska likiarvo kaavasta I n f( ) f( ) L n f( n ) i f( i ) i () Luvut i ilmaisvat intgrointipistidn sijainnit, luvut f( i ) ovat intgrandin arvot intgrointipistissä ja luvut i ovat painokrtoimt. Koska standardimuotoisssa intgraalissa () intgrointivälin mitta on, on painokrtoimin i summa. Gauss-Lgndr intgroinnissa intgrointipistt i sijoittaan intgrointivälill [, ] niin, ttä kaavasta () saadaan tarkka tulos mahdollisimman korka-astisll polynomill. Voidaan todistaa, ttä jos intgrointipistitä on n kpl, niin pistidn sijainnit i ja painokrtoimt i pystytään valitsmaan sitn, ttä kaava () antaa tarkan tuloksn astlukua n olvill polynomill. ällöin intgrointipistt sijoittuvat intgrointivälill symmtrissti ja symmtristn vastinpistidn painokrtoimt ovat yhtä suurt. Jos intgrointipistidn lukumäärä n on pini, voidaan niidn sijainnit i ja painokrtoimt i määrittää hlposti dllä sitttyjn ominaisuuksin prustlla. Yhdn pistn intgroinnissa n ja intgrointipist on kohdassa 0 ja painokrtoimn arvo on. Yhdn pistn intgroinnilla voidaan intgroida tarkasti nsimmäisn astn polynomit. Kahdn pistn intgroinnissa n ja n, jotn kolmannn astn polynomit intgroituvat tarkasti. Määrittään intgrointipistt ja skä painokrtoimt ja. Prusominaisuuksin mukaan on ja. Ylinn kolmannn astn polynomi on f( ) a b c. Kun tämä intgroidaan mojanan yli, suraa tulos I (a b c )d a c / (6) Kaavasta () saadaan vastaavasti

/ I f( ) f( ) (a b c ) (a b c d ) (7) Koska ja, suraa I (a c ) (8) Kaavojn (6) ja (8) prustlla voidaan siis kirjoittaa (a c ) a c / / () n - 0 Kuva. Intgrointipistt. josta suraa kahdn pistn intgroinnill tulos / 0,7707 jota on vilä havainnollistttu kuvassa. (0) Kolmn pistn intgroinnissa n ja n, jotn viidnnn astn polynomit intgroituvat tarkasti. Prusominaisuuksista suraa, ttä, 0 ja. Ylisll viidnnn astn polynomill f( ) a b c f on voimassa I (a b c f )d a c / / () Kaavasta () suraa, kun ottaan samalla huomioon prusominaisuudt I f( ) f( ) f( ) (a c ) a () Mrkitsmällä yllä olvat lauskkt () ja () yhtä suuriksi suraa vaatimukst / / () Kahdsta jälkimmäisstä vaatimukssta suraa jakamalla puolittain /, jotn (/ ) ( / ) /. Ensimmäisstä vaatimukssta suraa lopuksi tulos ( / ) 8 /. Kolmn pistn intgroinnill pät siis / / 0,6 0,77667 0 8 / 0,88888887 () Kaavan () tuloksia on havainnollistttu sittty kuvassa.

/ Jos intgrointipistidn lukumäärä n on suuri, tul n dllä käyttty mntlmä työlääksi, koska pistidn i ja painokrtoimin i määrityksn saata- 0 va yhtälöryhmä on pälinaarinn. Lasknta hlpottuu, - / 0 8 / / jos johdossa käyttään hyväksi Lgndrn polynomja, mistä johtuu mntlmän nimi. avallisimmin käyttään kuitnkin lyhympää nimä Kuva. Intgrointipistt. Gaussin intgrointi. On slvää, ttä intgrointipistitä ja painokrtoimia löytyy valmiiksi taulukoituna kirjallisuudsta. Ohisna on taulukko, jossa on tidot intgrointiastsn n saakka. Elmnttimntlmässä intgrointiast on tavallisimmin, tai. aulukko. Gauss-Lgndr intgrointi. n i i 0,000000000000000,000000000000000 ± 0,7706866,000000000000000 0,000000000000000 0,88888888888888 ± 0,776668 0,6 ± 0,80886 0,6866 ± 0,8660 0,7887 0,000000000000000 0,6888888888888 ± 0,860068 0,78667066 ± 0,0678866 0,6688068 ESIMERKKI FESE arkastllaan simrkkinä yksiulottissta Gauss-Lgndr intgroinnista lausktta I x x )( x dx x x ( x dx ) Lasktaan nsin intgraalin tarkka arvo. Jakamalla intgrandi osamurtoihin saadaan I dx [ ln( x ) ln( x )] x x / 6 7 ln ln8,078 ( ln ln7 ln ln )

/ Muunntaan intgraali numrista intgrointia vartn standardimuotoon sijoitukslla x ( ) ( ) (7 ) dx d x (7 ) 6 8 x x (7 ) (7 ) 8 I 6 8 d 8 Yhdn pistn intgroinnilla saadaan likiarvoksi I 8 0,8888 Kahdn pistn intgroinnilla saadaan vastaavasti I / 6 / 8 8 / / 6 / 8 / 8,06 Kolmn pistn intgroinnista suraa tulos I 6 8 8 8 8 6 8 8,0886 ulosta voitaisiin tarkntaa nostamalla intgrointiasttta, jolloin myös laskntaan kuluva aika kasvaa. Elmnttimntlmässä joudutaan laskmaan hyvin monia intgrointja, jotn liiallisn tarkkuutn i ol syytä mnnä, jotta lasknta-aika pysyisi kohtuullisna. HARJOIUS FESH x Lask määrätyn intgraalin I dx tarkka arvo ja likiarvot käyttän yhdn, x x kahdn, kolmn ja nljän pistn Gauss-Lgndr intgrointia. Vast. I ln6 0,76786 7 I 0,760 I I 0,688 0,7668868 I 0,77708 Vihjt: