TP d informatique n 11 Intégration numérique d ODE

Documents pareils
Les circuits électriques en régime transitoire

2. Quelle est la valeur de la prime de l option américaine correspondante? Utilisez pour cela la technique dite de remontée de l arbre.

TD/TP : Taux d un emprunt (méthode de Newton)

Exemples de résolutions d équations différentielles

CHAPITRE I : Cinématique du point matériel

La rentabilité des investissements

CARACTERISTIQUES STATIQUES D'UN SYSTEME

Texte Ruine d une compagnie d assurance

Rappels théoriques. -TP- Modulations digitales ASK - FSK. Première partie 1 INTRODUCTION

Oscillations forcées en régime sinusoïdal.

MATHEMATIQUES FINANCIERES

Caractéristiques des signaux électriques

VA(1+r) = C 1. VA = C 1 v 1

Mathématiques financières. Peter Tankov

Intégration de Net2 avec un système d alarme intrusion

Recueil d'exercices de logique séquentielle

Le mode de fonctionnement des régimes en annuités. Secrétariat général du Conseil d orientation des retraites

Fonction dont la variable est borne d intégration

Documentation Technique de Référence Chapitre 8 Trames types Article

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL EN REGIME NON LINEAIRE

Sciences Industrielles pour l Ingénieur

CHAPITRE 13. EXERCICES a) 20,32 ± 0,055 b) 97,75 ± 0,4535 c) 1953,125 ± 23, ±0,36π cm 3

Les solutions solides et les diagrammes d équilibre binaires. sssp1. sssp1 ssss1 ssss2 ssss3 sssp2

Annuités. I Définition : II Capitalisation : ( Valeur acquise par une suite d annuités constantes ) V n = a t

Cours d électrocinétique :

Finance 1 Université d Evry Val d Essonne. Séance 2. Philippe PRIAULET

F 2 = - T p K F T = - T p K 0 - K 0

TB 352 TB 352. Entrée 1. Entrée 2

Filtrage optimal. par Mohamed NAJIM Professeur à l École nationale supérieure d électronique et de radioélectricité de Bordeaux (ENSERB)

Relation entre la Volatilité Implicite et la Volatilité Réalisée.

Sommaire de la séquence 12

Thème : Electricité Fiche 5 : Dipôle RC et dipôle RL

Calcul Stochastique 2 Annie Millet

Chapitre 2 L investissement. . Les principales caractéristiques de l investissement

COURS GESTION FINANCIERE A COURT TERME SEANCE 3 PLANS DE TRESORERIE. François LONGIN

CANAUX DE TRANSMISSION BRUITES

Estimation des matrices de trafics

Mémoire présenté et soutenu en vue de l obtention

MODÈLE BAYÉSIEN DE TARIFICATION DE L ASSURANCE DES FLOTTES DE VÉHICULES

Files d attente (1) F. Sur - ENSMN. Introduction. 1 Introduction. Vocabulaire Caractéristiques Notations de Kendall Loi de Little.

Un modèle de projection pour des contrats de retraite dans le cadre de l ORSA

LE PARADOXE DES DEUX TRAINS

3 POLITIQUE D'ÉPARGNE

Article. «Les effets à long terme des fonds de pension» Pascal Belan, Philippe Michel et Bertrand Wigniolle

Evaluation des Options avec Prime de Risque Variable

SYSTÈME HYBRIDE SOLAIRE THERMODYNAMIQUE POUR L EAU CHAUDE SANITAIRE

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

NUMERISATION ET TRANSMISSION DE L INFORMATION

NOTE SUR LES METHODES UNIVARIEES

S euls les flux de fonds (dépenses et recettes) définis s ent l investissement.

Pouvoir de marché et transmission asymétrique des prix sur les marchés de produits vivriers au Bénin

No Décembre. La coordination interne et externe des politiques économiques : une analyse dynamique. Fabrice Capoën Pierre Villa

MIDI F-35. Canal MIDI 1 Mélodie Canal MIDI 2 Basse Canal MIDI 10 Batterie MIDI IN. Réception du canal MIDI = 1 Reproduit la mélodie.

Séquence 2. Pourcentages. Sommaire

Coaching - accompagnement personnalisé (Ref : MEF29) Accompagner les agents et les cadres dans le développement de leur potentiel OBJECTIFS

Cahier technique n 114

Impact du vieillissement démographique sur l impôt prélevé sur les retraits des régimes privés de retraite

Une assurance chômage pour la zone euro

Pour 2014, le rythme de la reprise économique qui semble s annoncer,

Université Technique de Sofia, Filière Francophone d Informatique Notes de cours de Réseaux Informatiques, G. Naydenov Maitre de conférence, PhD

Risque associé au contrat d assurance-vie pour la compagnie d assurance. par Christophe BERTHELOT, Mireille BOSSY et Nathalie PISTRE

Cahier technique n 141

CHAPITRE 4 RÉPONSES AUX CHOCS D INFLATION : LES PAYS DU G7 DIFFÈRENT-ILS LES UNS DES AUTRES?

Ecole des HEC Université de Lausanne FINANCE EMPIRIQUE. Eric Jondeau

THÈSE. Pour l obtention du grade de Docteur de l Université de Paris I Panthéon-Sorbonne Discipline : Sciences Économiques

Les deux déficits, budgétaire et du compte courant, sont-ils jumeaux? Une étude empirique dans le cas d une petite économie en développement

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

DE L'ÉVALUATION DU RISQUE DE CRÉDIT

Surface de Volatilité et Introduction au Risque de Crédit

N Juin. Base de données CHELEM commerce international du CEPII. Alix de SAINT VAULRY

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Le mécanisme du multiplicateur (dit "multiplicateur keynésien") revisité

TRAVAUX PRATIQUES N 5 INSTALLATION ELECTRIQUE DE LA CAGE D'ESCALIER DU BATIMENT A

n 1 LES GRANDS THÈMES DE L ITB > 2009 Les intérêts simples et les intérêts composés ( ) C T D ( en mois)

Ned s Expat L assurance des Néerlandais en France

SINE QUA NON. Découverte et Prise en main du logiciel Utilisation de bases

EPARGNE RETRAITE ET REDISTRIBUTION *

Les Comptes Nationaux Trimestriels

B34 - Modulation & Modems

Froid industriel : production et application (Ref : 3494) Procédés thermodynamiques, systèmes et applications OBJECTIFS LES PLUS DE LA FORMATION

Copules et dépendances : application pratique à la détermination du besoin en fonds propres d un assureur non vie

L impact de l activisme des fonds de pension américains : l exemple du Conseil des Investisseurs Institutionnels.

CAHIER ANALYSE DES CHOCS D'OFFRE ET DE DEMANDE DANS LA ZONE CFA : UNE MÉTHODE STRUCTURELLE D'AUTORÉGRESSION VECTORIELLE

Impact des futures normes IFRS sur la tarification et le provisionnement des contrats d assurance vie : mise en oeuvre de méthodes par simulation

UNIVERSITE JOSEPH FOURIER GRENOBLE I THESE. présentée par. Ioana - Cristina MOLDOVAN. pour obtenir le grade de DOCTEUR. Spécialité : Physique

Document de travail FRANCE ET ALLEMAGNE : UNE HISTOIRE DU DÉSAJUSTEMENT EUROPEEN. Mathilde Le Moigne OFCE et ENS ULM

Fonctions de deux variables. Mai 2011

N d ordre Année 2008 THESE. présentée. devant l UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON 1. pour l obtention. du DIPLOME DE DOCTORAT. (arrêté du 7 août 2006)

BILAN EN ELECTRICITE : RC, RL ET RLC

CONTRIBUTION A L ANALYSE DE LA GESTION DU RESULTAT DES SOCIETES COTEES

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

EFFICIENCE INFORMATIONNELLE DES UNE VERIFICATION ECONOMETRIQUE MARCHES DE L OR A PARIS ET A LONDRES, DE LA FORME FAIBLE

Le développement de l assurance des catastrophes naturelles: facteur de développement économique

Calculer comment se constituer un capitale ; Calculer comment rembourser une dette en effectuant des versements réguliers.

Non-résonance entre les deux premières valeurs propres d un problème quasi-linéaire

Équations non linéaires

Séminaire d Économie Publique

DESSd ingéniérie mathématique Université d Evry Val d Essone Evaluations des produits nanciers

Estimation d une fonction de demande de monnaie pour la zone euro : une synthèse des résultats

O, i, ) ln x. (ln x)2

Transcription:

Inégraion numérique d ODE PCSI 2018 2019 I Méhode d Euler La modélisaion d un grand nombre de problèmes ayan leur origine en géomérie, mécanique, physique, sciences de l ingénieur, chimie, biologie, économie ou démographie... condui à rechercher les soluions de sysèmes de la forme : { y () = f(y(),) équaion différenielle y( i ) = y 0 condiion iniiale On appelle problème de Cauchy la recherche des soluions d un el sysème. Le cours de mah donne des condiions suffisanes poran sur f pour que ce problème admee une seule soluion. Nous nous placerons dans la suie dans un cas où le problème adme bien une unique soluion sur l inervalle [ i, f ]. Pour rouver des valeurs approchées de y() à parir d une condiion iniiale y( i ) = y i, on peu employer une méhode rès simple la méhode d Euler. On décide de calculer les valeurs de y à des insans successifs n = i + nδ, séparés d une durée δ appelée pas de emps. Noons y n = y( n ). Pour obenir approximaivemen y n+1 à parir y n, on calcule d abord y ( n ) = f(y n,) puis on sui la angene à la courbe. Cela s exprime par un développemen de Taylor à l ordre 1 : y n+1 y n + δ y ( n ) y y n+1 y n Soi y n+1 y n + δ f(y n, n ) n n+1 À parir de y 0, cee relaion perme d obenir de proche en proche des valeurs approchées de y 1, y 2,... y n,... y N ec. II Les bases Exercice n 1 Uilisez la méhode d Euler pour racer une approximaion de la primiive 1 de la foncion x e x2 qui vau 1 en x = 5. On pourra se limier à l inervalle x [ 5,10] pour le racé. e 2 d v() x 2 x 1. À peu de chose près, cee foncion correspond à la foncion d erreur de Gauss : e 2 d π 0 1

Inegraion numérique d ODE Exercice n 2 Uilisez la méhode d Euler pour racer une soluion approximaive de l équaion différenielle suivane 2 : v () = v() v() 10 ; v(0) = 5 On pourra se limier à l inervalle x [0,5] pour le racé. Exercice n 3 En réuilisan e modifian légèremen vos codes précédens, racer une soluion approximaive de l équaion différenielle suivane 3 (où ω es une consane que l on pourra faire varier) : du() + u() = cos(ω) ; u(0) = 0 d [ ] On pourra superposer sur la même figure la soluion exace : u() = 1 1+ω 2 cos(ω arcan(ω)) e 1+ω 2 III Pour le second ordre 1. Résoluion d un sysème du premier ordre Une méhode fréquene es de se ramener à un sysème d équaion du premier ordre : On se propose de résoudre ainsi l équaion différenielle suivane, correspondan à un oscillaeur de Van der Pol en régime libre 4 : d 2 x() d 2 ǫω 0 ( 1 x 2 () ) () d + ω 2 0 x() = 0 Inroduire la variable v() = () e présener les équaions sous la forme ci dessous à gauche. d On en dédui le schéma d inégraion ci-dessous à droie. { () d dv() d = f 1 (x,v,) = f 2 (x,v,) { x( + d) x() + f1 (x(),v(),) d v( + d) v() + f 2 (x(),v(),) d Exercice n 4 Inégrer ce sysème avec les condiions iniiales suivanes : x(0) = 0,5, v(0) = 0 pour les paramères ω 0 = 5 e ǫ = 2 e avec au moins 1000 poins enre = 0 e = 10 (mais meez des paramères dans les équaions pour pouvoir faire varier les valeurs). Tracer ensuie sur un même graphique x() e v() e dans une aure fenêre le porrai de phase de l oscillaeur (courbe paramérique avec en abscisse x() e en ordonnée v()). Teser pour plusieurs valeurs de epsi e de x(0) (en pariculier «rès pei» ou «rès grand» ) x(), v() v() x() 2. Il s agi de l équaion différenielle d une bille jeée dans l air vers le hau avec des froemen quadraiques. 3. Il s agi ici de l équaion différenielle d un filre avec en enrée un signal sinusoïdal. En faisan varier ω, on pourra observer différens régimes. ( 4. Le erme ǫω 0 1 x 2 () ) () d es rès inéressan d un poin de vue de la physique : il crée une amplificaion lorsqu il es négaif, c es à dire si x es suffisammen faible, e une aénuaion si x es suffisammen élevé. On end vers un cycle limie dans le porrai de phase. PCSI Page 2/4

Inegraion numérique d ODE 2. Uilisaion d ODEINT La foncion odein de scipy nécessie elle aussi un sysème d équaion du premier ordre. Exercice n 5 Uilisez la foncion odein du module scipy.inegrae pour résoudre l équaion différenielle suivane correspondan au mouvemen d un pendule amori par des froemens fluides. θ + λ θ θ + ω 2 0 sin(θ) = 0 (ω 0 = 1 ; λ = 1 ; θ( = 0) = 3 ; θ( = 0) = 0) Dans un premier emps, on programmera la foncioneq(y,) qui renvoie une approximaion des dérivés des variables du sysème sous forme d une lise (comme dans le cours). Tracez ensuie l évoluion emporelle e la rajecoire de phase correspondane (dans deux figures séparées). On rappelle qu odein renvoie un ableau conenan les esimaions des différenes variables à chaque insan. 3. Méhode de Verle La méhode de Verle es fréquemmen uilisée en physique pour résoudre des équaions différenielles d ordre 2 (comme celles qui apparaissen en mécanique). Elle se base sur l approximaion suivane : y (x) y (x + 0,5) y (x 0,5) = y(x+) y(x) y(x) y(x ) = y(x + ) 2y(x) + y(x ) 2 Dans le cas d une équaion différenielle du ype y (x) = f(y(x),x), on en dédui le schéma d inégraion suivan : y(x + ) 2y(x) y(x ) + 2 f(y(x),x) Le premier pas de emps es raié à par puisque dans nore problème de Cauchy, nous disposons de y(x 0 ) e y (x 0 ). On uilise un développemen de Taylor à l ordre 2 : y(x 0 + ) = y(x 0 ) + y (x 0 ) + 1 2 y (x 0 ) 2 = y(x 0 ) + y (x 0 ) + 1 2 f(y(x 0),x 0 ) 2 1 iniialiser les variables ; 2 y[1] y[0] + y 0 + 2 ; 3 (Le premier pas de emps es raié à par en uilisan un développemen de Taylor car on ne dispose pas encore de θ au pas de emps précéden); 4 pour i 1 à n 1 faire 5 y[i + 1] 2y[i] y[i 1] + 2 6 fin PCSI Page 3/4

Inegraion numérique d ODE Exercice n 6 Inégrer à l aide de cee méhode l équaion différenielle suivane enre -1 e 4 : y (x) y + y 3 = sin(x) ; y( 1) = 0 ; y ( 1) = 0 IV Un exemple de problème y y 6y = 0 Inégrez avec la méhode de vore choix l équaion différenielle suivane : y(0) = 1 y (0) = 2 soluion exace es la foncion e 2 don la Exercice n 7 Tracez la soluion exace ainsi que vore soluion approchée pour 0 2, que pensez vous de vore résoluion numérique? Réponse 5 ci-dessous. Exercice n 8 Tracez la soluion exace ainsi que vore soluion approchée pour 0 13, que pensez vous de vore résoluion numérique? Réponse 6 ci-dessous. Exercice n 9 Expliquez ce phénomène. Réponse 7 ci-dessous. V Pour la prochaine fois Exercice n 10 Expliquer le principe de la méhode d Euler e en déduire le schéma correspondan pour résoudre une équaion différenielle de la forme y = f(y,) (oui... encore! c es imporan). Exercice n 11 Résoudre l équaion différenielle y = 3y sur [0,10] avec la condiion iniiale y(0) = 1. Tracez la soluion avec un pas = 0.68 e comparez avec la soluion exace e 3. Exercice n 12 On se propose de résoudre la même équaion différenielle avec un schéma implicie, c es y( + d) y() y( + d) y() à dire que le schéma = 3y() es remplacé par = 3y(+d). En d d déduire le nouvel algorihme e racer la soluion avec le même pas. Commener. 5. Réponse : Si vous avez bien codé, cela doi se superposer assez bien. 6. Réponse : Si vous avez bien codé, la soluion numérique doi diverger alors que que la soluion exace end vers 0 7. Réponse : les soluions générales de l équaion homogènes son de la forme Ae 2 + Be 3. À cause des arrondi, le faceur B qui devrai êre nul avec nos condiions iniiales ne l es pas ou à fai. La soluion éan une exponenielle croissane, même si B es de l ordre de 2 52, la soluion fini par diverger rès rapidemen PCSI Page 4/4

Inegraion numérique d ODE Table des maières I Méhode d Euler II Les bases III Pour le second ordre 1. Résoluion d un sysème du premier ordre 2. Uilisaion d ODEINT 3. Méhode de Verle IV Un exemple de problème V Pour la prochaine fois PCSI Lycée Poincaré