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Numerical Methods in Engineering
(ENGR20005) Final Exam
Q1 Root finding
8 Points
The force exerted by a non-linear spring is given by the following
equation
where is the force, is the deflection and and are the
spring constants.
The figure above shows a body of mass initially at rest at a
height above the non-linear spring. When the body is released,
the spring compresses by a maximum of .
Q1.1
0.5 Points
Using the conservation of energy, show that
F = k d +1 k d2
3/2
F d k 1 k 2
m
h
d
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Hint: Equate the potential energy of the body with the potential
energy of the spring ( ).
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Q1.2
1.5 Points
Plot vs and estimate the value of in your plot.
Gven that:
Compare your estimated value of with MATLAB ‘fzero’ function.
Estimated value for
Enter your answer here
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Q1.3
0.5 Points
Rearrange the such that . Show that one possible
expression for is
0 = k d +1
2 k d −2
5/2 mg(h + d) = f(d).
Fd
未选择任何⽂件选择⽂件
f d d
k =1 40kg/s2
k =2 0.04kg/(s m )2 0.5
m = 0.5kg
g = 9.81m/s2
h = 0.1m
d
d
未选择任何⽂件选择⽂件
f d = g(d)
g(d)
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Q1.4
3 Points
Plot vs and vs on the same graph. Using the one-point
iteration scheme, graphically show the convergence/divergences of
the method for the first 3 iterations with initial guess of =
0.20. Does the solution converge? Compare your results with
MATLAB ‘fzero’ function.
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Q1.5
2.5 Points
Now, use the Newton-Raphson method to solve for . Compare
your results with MATLAB ‘fzero’ function. Calculate for values of
ranging from 0.1 to 0.5. Plot against .
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Q2 Integration
8 Points
When modelling the flow past a slender object, you might have to
solve a certain type of problem known as an integral equation.
These are quite similar to the differential equations that you are
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
g(d) =
−mg + k d + k d1 2 3/2
mgh
g d d d
d guess
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件
d
d
h d h
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
familiar with, but instead of differentials being the unknowns,
they’re now integrals.
Consider the following integral equation, which is classified as a
For this equation .
Q2.1
3 Points
Apply Gaussian quadrature to the integral equation above with the
point Gauss–Lobatto nodes and show that an algebraic
equation that describes the solution at the Gauss–Lobatto points
is given by
where and represents the Gauss–Lobatto quadrature
weight and node respectively.
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Q2.2
2 Points
In the case when , show that the resulting system of linear
equations is given by
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Fredholm equation of the second kind
ϕ(x) = 1 + (xt + x t )ϕ(t) dt∫
0
1
2 2
0 ≤ x ≤ 1
M
ϕ i
ϕ =i 1 + w [ +
2
1
ℓ=0
∑
M−1
ℓ
4
(1 + ξ )(1 + ξ )i ℓ
16
(1 + ξ ) (1 + ξ )i
2
ℓ
w j ξ j j
th
未选择任何⽂件选择⽂件
M = 4
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Feel free use the MATLAB functions in lectures or workshops to
compute the Gauss–Lobatto nodes and weights.
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Q2.3
1 Point
Use MATLAB to solve the set of equations you derived in Question
2.2. Use any built-in MATLAB functions or operators to solve the
system of equations. Compare with the exact (analytical) solution
given by
Plot your approximate solution and the exact solution on the same
graph. Do they agree with each other?
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未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 =
⎣⎢
⎢⎢⎡
1.0000
0
0
0
0
0.9657
−0.1000
−0.1470
0
−0.1000
0.6676
−0.5197
0
−0.0294
−0.1039
0.8333 ⎦
⎥⎥⎥
⎤
⎣⎢
⎢⎢⎡
ϕ 0
ϕ 1
ϕ 2
ϕ 3⎦
⎥⎥⎥
⎤
⎣⎢
⎢⎢⎡
1
1
1
1⎦
⎤
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件
ϕ(x) = 1 + x +
339
348
x
339
250 2
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Q2.4
2 Points
Generalise your MATLAB program so that it is able to compute the
approximate solution for an arbitrary number of nodes, .
Compute your solution with and and compare
with the analytical solution
Does your solution get any more accurate as you increase from
to ?
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Q3 Regression
8 Points
You are given the following set of data points
5 16
10 25
15 32
20 33
25 38
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
M
M = 10 M = 20
ϕ(x) = 1 + x +
339
348
x
339
250 2
M
2 20
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件
x y
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
30 36
35 39
40 40
45 42
50 42
Q3.1
1 Point
Write a MATLAB code to plot the data set above
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Q3.2
2 Points
Write a MATLAB program that implements the linear least squares
regression algorithm to fit a straight line
through the set of data points. Plot this straight line along with the
original data points on the same graph for .
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未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
x y
未选择任何⽂件选择⽂件
y = ax + b
0 ≤ x ≤ 50
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
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Type below the values of and from your linear regression
MATLAB program
Enter your answer here
Is the straight line a good fit though the data points? Write down
your observations below.
Enter your answer here
Q3.3
2 Points
Explain how you would fit the saturation-growth-rate equation
with a MATLAB code that implements the linear least squares
regression model.
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Q3.4
3 Points
Write a MATLAB code that that uses the linear least squares
regression model to fit the saturation-growth-rate equation above
to the data points given at the start of this question. Plot the
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
a b
y = c
d + x
x
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
saturation-growth-rate equation fit and the original data points on
the same graph for .
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What are the values of and that will give the best fit of the
saturation-growth-rate equation to the data points?
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Q4 System of ODE
8 Points
The equations is a well known Predator-prey
model involving systems of non-linear ordinary differential
equations.
where is the number of prey and is the number of predators.
is the prey growth rate, is the predator death rate, and are the
rate characterising the effect of the predator-pray interaction on
prey death and predator growth respectively.
Q4.1
3 Points
The system of non-linear ODE can be solved iteratively
where
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
0 ≤ x ≤ 50
未选择任何⽂件选择⽂件
c d
Lotka − V olterra
=
dt
dx
ax − bxy
=
dt
dy
−cy + dxy
x y a
c b d
[J ][X] = −[C]
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Show that
and find the expression for when the equation in question 4 is
solved using the Crank-Nicholson time-stepping scheme.
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Q4.2
3 Points
Write a MATLAB script to solve the system of non-linear equations.
The given parameter values for the predator-prey simulation are
= 1.2,
= 0.6,
= 0.8,
= 0.3.
The initial conditions are = 2 and = 2. Find the values of
and for t = 0 to 40. Choose an appropriate and compare
your solution to MATLAB’s function
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Q4.3
2 Points
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
=[X] .[x − x n+1 n
y − y n+1 n
]
=[J] [ (a − by ) − 12Δt n+1
dy
2
Δt
n+1
− bx
2
Δt
n+1
(−c + dx ) − 1
2
Δt
n+1
]
[C]
未选择任何⽂件选择⽂件
a
b
c
d
x(0) y(0)
x y Δt
ode23s
未选择任何⽂件选择⽂件
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
Plot (predator) against (prey). To observe what happens when
there is an imbalance of prey and predator in the ecosystem, plot
vs for the following initial conditions on the same graph.
2 2
4 2
6 2
8 2
Comment on your results.
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Q5 Boundary Value Problem
8 Points
Consider Poisson’s equation
in the domain
You are given the boundary conditions
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
y x
y
x
x(0) y(0)
未选择任何⽂件选择⽂件
+
∂x2
∂ ϕ2
=
∂y2
∂ ϕ2
g(x, y)
0 ≤ x ≤ 5, 0 ≤ y ≤ 5.
ϕ(x, 0) = 0
ϕ(x, 5) = 0
{
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
and also the source term
In this question, you are required to use numerical methods to
obtain an approximate solution for .
Q5.1
2 Points
Discretize
using the 2nd order central difference approximation (for both the
and derivatives). Write down all the necessary equations that you
will need in order to write a MATLAB program to approximate
without considering the boundary conditions (we will
incorporate the boundary onditions later in 5.2 below). For
simplicity, assume that the grid spacing in both the and
directions are equal, i.e. .
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Q5.2
2 Points
Write a short explanation on how you would incorporate all
boundary conditions in the equations that you that you derived in
Question 5.1. Where appropriate, apply the 2nd order central
未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件
ϕ(0, y) = {0
10
if 0 ≤ y < 2 if 2 ≤ y ≤ 5 (5, y) = ∂x ∂ϕ 0 g(x, y) = −50e .−((x−2.5) +(y−2.5) ) 2 2 ϕ(x, y) + ∂x2 ∂ ϕ2 = ∂y2 ∂ ϕ2 g(x, y) x y ϕ(x, y) x y Δx = Δy = Δ 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 difference approximation at the boundaries as well and derive any necessary equations you need to write a MATLAB program to solve this problem. Upload PDF of your solution using link below Please select file(s) Select file(s) Q5.3 4 Points Write a MATLAB program to obtain approximate values of using an iterative scheme to solve the algebraic equations you derived in Questions 5.1 and 5.2. Plot the approximate using the function in MATLAB. Use a value of that will give you a good solution. Justify this value of . Upload PDF of your solution using link below Please select file(s) Select file(s) Upload your MATLAB code using the link below Please select file(s) Select file(s) Q6 ODE 8 Points The convection, diffusion equation is given by where is the convection velocity and is the viscosity. Q6.1 1 Point 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 ϕ(x, y) ϕ(x, y) contour() Δ Δ 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 = ∂t ∂ϕ −C + ∂x ∂ϕ ν ∂x2 ∂ ϕ2 U ν 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 The finite difference discretisation of the interior grid points for the terms on the right-hand side can be expressed as Show that when both the convective term ( ) and the diffusive term ( ) are discretised using 2nd order central difference approximation. Upload PDF of your solution using link below Please select file(s) Select file(s) Q6.2 1 Point Show that when the convective term ( ) is discretised using 1st order forward difference approximation and the diffusive term ( ) is discretised using 2nd order central difference approximation. Upload PDF of your solution using link below Please select file(s) Select file(s) 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 αϕ +i−1 βϕ +i γϕ =i+1 −C + ∂x ∂ϕ ν . ∂x2 ∂ ϕ2 α = − + 2Δ C Δ2 ν β = −2 Δ2 ν γ = + 2Δ C Δ2 ν C ∂x ∂ϕ ν ∂x2 ∂ ϕ2 未选择任何⽂件选择⽂件 α = Δ2 ν β = − − Δ C 2 Δ2 ν γ = + Δ C Δ2 ν C ∂x ∂ϕ ν ∂x2 ∂ ϕ2 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 Q6.3 2 Points Equation 6 can be simplified to where is a linear operator which represents the discretised spatial derivatives. Write a MATLAB script that uses the RK4 method to solve this equation. Use 2nd order central difference approximation for both the convective and diffusive terms. Given that , and boundary conditions and . The initial condition . **NOTE: A time-varying boundary condition is applied at Upload your MATLAB code using the link below Please select file(s) Select file(s) Q6.4 2 Points Write a MATLAB script that uses the RK4 method to solve this equation. Now, use 1st order forward difference for the convective term and 2nd order central difference approximation for the diffusive term. Upload your MATLAB code using the link below Please select file(s) Select file(s) 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 = ∂t ∂ϕ Lϕ L 0 < x < 1 ϕ(0, t) = cos(πt) ∣ =∂x ∂ϕ x=1,t 0 ϕ(x, 0) = cos(πx) ϕ(0, t) 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 未选择任何⽂件选择⽂件 Q6.5 1 Point Plot vs at = 0, 1 and 2 using the scripts in 6.3 and 6.4. Use , , , Upload PDF of your solution using link below Please select file(s) Select file(s) Q6.6 1 Point Increase . Again, plot vs at = 0, 1 and 2 using the scripts in 6.3 and 6.4. Does both scripts give you a stable solution? Upload PDF of your solution using link below Please select file(s) Select file(s) Submit & View Submission ϕ x t N =x 100 Δt = 0.001 C = 0.22 ν = 0.001 C = 0.5 ϕ x t https://www.gradescope.com/courses/246904/assignments/1331184/submissions/82215596