МЕТОД ЭЙЛЕРА
|
||||
|
||||
Если задачу об отыскании решений дифференциального уравнения удаётся свести к конечному числу алгебраических операций, операций дифференцирования и интегрирования известных функций, то говорят, что дифференциальное уравнение интегрируется в квадратурах. В приложениях крайне редко встречаются уравнения. интегрируемые в квадратурах. Для исследования и решения уравнений, которые не интегрируются в квадратурах, используются численные методы решения задачи Коши.
Численное решение задачи Коши y' = f(x, y), y(a) = y0 на отрезке [a, b] состоит в построении таблицы приближённых значений y0, y1, ..., yi, ..., yN решения y = y(x), y(xi) ≈ yi , в узлах сетки a = x0< x1< ...< xi< ...< xN = b. Если xi = a + ih, h = (b-a)/N, то сетка называется равномерной.
Численный метод решения задачи Коши называется одношаговым, если для вычисления решения в точке x0 + h используется информация о решении только в точке x0. Простейший одношаговый метод численного решения задачи Коши — метод Эйлера. В методе Эйлера величины yi вычисляются по формуле: yi+1 = yi + h·f(xi, yi): y' = f(x, y), y(a) = y0 , x ∈ [a, b], xi = a + ih, h = (b-a)/N, i = 0,1 , 2, ..., N, y(xi)≈ yi , yi+1 = yi + h·f(xi, yi). Для погрешности метода Эйлера на одном шаге справедлива оценка
а для оценки погрешности решения на всём отрезке [a, b] справедливо
Для практической оценки погрешности можно рекомендовать правило Рунге:производятся вычисления с шагом h — вычисляютcя значения y(h)i, затем производятся вычисления с половинным шагом h/2 — вычисляютcя значения y(h/2)i .
За оценку погрешности вычислений с шагом h/2 принимают величину
Если соединить точки (xi, yi) прямолинейными отрезками, получим ломаную Эйлера — ломаную линию, каждое звено которой с началом в точке (xi, yi) имеет угловой коэффициент, равный f(xi, yi).
|
© МЭИ (ТУ) 2007 |