home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HamCall (October 1991) / HamCall (Whitehall Publishing)(1991).bin / math / calculas / readme.ode < prev    next >
Text File  |  1989-02-17  |  6KB  |  138 lines

  1.                         ORDINARY DIFFERENTIAL EQUATIONS
  2.                                         
  3. This slide show consists of various examples from ODEs.
  4.  
  5. When viewing the slides, the following keys are operational:
  6.  
  7. HOME      takes you to the first slide in the sequence you selected
  8. END       takes you to the last slide in the sequence you selected
  9. UP ARROW  takes you to the previous slide in the sequence you selected
  10. F9        immediately quits the program
  11.  
  12. These keys do NOT operate like that while you are reading this document.
  13.  
  14. A.  One parameter family of curves
  15.  
  16.                    2      2
  17.      The function X  + c/X   is sketched for  c = 1, .5, .25, 0, -.25, -.5, -1.
  18.  
  19. B.  The US Population and logistic growth
  20.      The population of the US from 1790 is frequently modeled using logistic
  21. growth.  Here these data are shown (in millions) for the period 1790 - 1950 in
  22. ten year intervals.  Using 1790, 1850, and 1910 as exact values the appropriate
  23. logistic curve is drawn.  Notice how well it fits the data points between 1790
  24. and 1910, and how well it predicted the population until 1950 (with a minor
  25. perturbation in 1940 - was anything happening then to cause the population to
  26. drop?)  Then the actual population from 1950 to 1980 is added to the first
  27. slide, and the same three data points are used, and the logistic curve is again
  28. overlaid.  Surprise!
  29.      For completeness here is the population of the US in millions from 1790 to
  30. 1980, in ten year intervals, taken from the World Almanac.
  31.  
  32.           1790    3.929
  33.           1800    5.308
  34.           1810    7.240
  35.           1820    9.638
  36.           1830   12.861
  37.           1840   17.063
  38.           1850   23.192
  39.           1860   31.443
  40.           1870   38.558
  41.           1880   50.189
  42.           1890   62.980
  43.           1900   76.212
  44.           1910   92.228
  45.           1920  106.022
  46.           1930  123.203
  47.           1940  132.165
  48.           1950  151.326
  49.           1960  179.324
  50.           1970  203.302
  51.           1980  226.549
  52.  
  53. C.  The cooling of coffee
  54.      The temperature of a cup of coffee was recorded every minute for 14
  55. minutes, when the ambient temperature was 22°C.  The first slide shows this.
  56. Assuming Newton's law of cooling governs this process, the experimental results
  57. at 2 minutes, 14 minutes, and the ambient temperature were used to generate the
  58. theoretical curve in slide 2.  Then a least squares fit was done on the
  59. experimental results at 2, 4, 6, 8, 10, 12, and 14 minutes, which were then used
  60. to produce the theoretical curve in slide 3.
  61.      For completeness here is the coffee temp in degrees C, taken at one minute
  62. intervals (taken from Computer Simulation Methods, by Gould and Tobochnik,
  63. Addison-Wesley 1987).
  64.  
  65.           Time    Temp
  66.  
  67.             1     77.7
  68.             2     75.1
  69.             3     73.0
  70.             4     71.1
  71.             5     69.4
  72.             6     67.8
  73.             7     66.4
  74.             8     64.7
  75.             9     63.4
  76.            10     62.1
  77.            11     61.0
  78.            12     59.9
  79.            13     58.7
  80.            14     57.8
  81.  
  82. D.  Numerical Methods - Euler
  83.      This deals with solving the logistic equation  y' = 10y(1-y) subject to the
  84. initial condition y(0) = .1 in the region  0 < x < 10.  First the exact solution
  85. is displayed - notice that as x gets large the solution goes to 1.  Then the
  86. numerical solution that would be obtained by using Euler's method is
  87. superimposed for different values of "h" (.18, .23, .25, .3).  A bit worrying,
  88. isn't it!  The idea for this demonstration comes from Fundamentals Of
  89. Differential Equations, by Nagle and Saff, Benjamin/Cummings 1989.
  90.      Finally a slide is shown that explains what is behind this.  It shows a
  91. plot of "h" versus the numerical solutions from h = .15 to h = .3. The idea for
  92. this demonstration comes from Chet Weiss, an undergraduate at the University of
  93. Arizona.
  94.  
  95. E.  Numerical Methods - Runge Kutta 4
  96.      This deals with solving the logistic equation  y' = 10y(1-y) subject to the
  97. initial condition y(0) = .1 in the region  0 < x < 10.  First the exact solution
  98. is displayed - notice that as x gets large the solution goes to 1.  Then the
  99. numerical solution that would be obtained by using the Runga Kutta 4 method is
  100. superimposed for different values of "h" (.25, .3, .325. .35. .3675, .38).  A
  101. bit worrying, isn't it!  The idea for this demonstration comes from Fundamentals
  102. Of Differential Equations, by Nagle and Saff, Benjamin/Cummings 1989.
  103.      Finally a slide is shown that explains what is behind this.  It shows a
  104. plot of "h" versus the numerical solutions from h = .2 to h = .4.  The idea for
  105. this demonstration comes from Chet Weiss, an undergraduate at the University of
  106. Arizona.
  107.  
  108. F.  Damped free vibrations
  109.      The solutions of the differential equation
  110.                               X" + 2aX' + 64X = 0
  111. subject to the initial conditions
  112.                              X(0) = 1,  X'(0) = 0,
  113. are displayed for various values of the constant a.  Critical damping occurs at
  114. a = 8.
  115.  
  116. G.  Series solution
  117.      This is associated with the series solution of the differential equation
  118. xy" + y' + xy = 0 subject to the initial condition y(0) = 1.  The idea is to
  119. build the function from the series.  First we show the 1st term of the series
  120. expansion, then the 1st and 2nd terms, then the 2nd and 3rd terms, and so on.
  121. Can you see the function being created? In fact, you are looking at Jo(x), the
  122. Bessel function of the first kind of type 0, which is overlaid on the final
  123. slide.
  124.  
  125. H.  Bessel Function
  126.      This graphs Jo(x), the Bessel function of the first kind of type 0, in the
  127. interval 0 < x < 8, and then overlays it with the polynomials
  128.      1
  129.      1 - x^2/4
  130.      1 - x^2/4 + (x^2/4)^2/(2!)^2
  131.      1 - x^2/4 + (x^2/4)^2/(2!)^2 - (x^2/4)^3/(3!)^2
  132.      1 - x^2/4 + (x^2/4)^2/(2!)^2 - (x^2/4)^3/(3!)^2 + (x^2/4)^4/(4!)^2
  133. and so on, down to
  134.                   ... - (x^2/4)^7/(7!)^2
  135. The radius of convergence of the Taylor series is infinity.
  136.  
  137. When you have finished reading this document, press Q to quit.
  138.