Категорія: Чисельні методи розв’язування звичайних диференцiальних рiвнянь

Метод Рунге-Кутта-Мерсона. Розв’язування звичайних диференціальних рівнянь методом Рунге-Кутта-Мерсона

Метод Рунге-Кутта-Мерсона, являється оденійєю з модифікацій методу Рунге-Кутта четвертого порядку точності і відрізняється від нього можливістю оцінювати похибку на кожному кроці і в залежності від цього приймати рішення про зміну кроку інтегрування і таким чином значно скоротити час розв’язку диференціального рівняння. Для того, щоб розглянути даний алгоритм більш детально запишемо диференціальне рівняння виду:

Метод Рунге-Кутта-Мерсона

з початковою умовою Метод Рунге-Кутта-Мерсона. Далі, задавши початковий крок інтегрування Метод Рунге-Кутта-Мерсона та точність Метод Рунге-Кутта-Мерсона, на кожному кроці обчислюємо коефіцієнти:

Метод Рунге-Кутта-Мерсона

після чого послідовні значення Метод Рунге-Кутта-Мерсона шуканої функції Метод Рунге-Кутта-Мерсона визначаються за наступною формулою:

Читати далі

Знаходження розв’язку задачі Коші використовуючи метод Мілна

Одним з найбільш простих і практично зручних методів чисельного рішення диференціальних рівнянь є метод Мілна. Метод Мілна відноситься до багатокрокових методів і представляє один з методів прогнозу і корекції, тобто, рішення в наступній точці знаходиться у два етапи. На першому етапі здійснюється за спеціальною формулою прогноз значення функції, а потім на другому етапі – корекція отриманого значення. Якщо отримане значення Метод Мілна після корекції істотно відрізняється від спрогнозованого, то проводять ще один етап корекції. Якщо знову має місце суттєва відмінність від попереднього значення (тобто від попередньої корекції), то проводять ще одну корекцію і так далі. Однак, при використанні методу Мілна, дуже часто обмежуються лише одним етапом корекції.

Нехай потрібно знайти розв’язок задічі Коші:

Метод Мілна

Для цього, виберемо деякий крок Метод Мілна, і покладемо:

Метод Мілна

Далі, виходячи з того, що для знаходження значення Метод Мілна метод Мілна використовує інформацію з чотирьох попередніх точок Метод Мілна, знаходимо їх використовуючи початкову умову та будь-який з однокрокових методів (метод Ейлера, методо Рунге-Кутта).

Читати далі

Розв’язування звичайних диференціальних рівнянь методом Адамса

Нехай потрібно зняйти чисельний розв’язок зажачі Коші:

110

При використанні однокрокових методів для розв’язання зідічі (1),  значення 21залежить тільки від інформації, яка міститься в одній – попередній точці 31. Припустимо, що можна досягнути більш точного результату, якщо використовувати інформацію з декількох попередніх точок 41. Дана ідея і закладена в основу багатокрокових методів.

Читати далі

Розв’язування звичайних диференціальних рівнянь методом Рунге-Кутта

Нехай на відрізку [a,b] потрібно знайти чисельний розв’язок диференціального рівняння:

139

з початковою умовою 222. Розіб’ємо  відрізок [a,b] на n рівних частин точками 12, де 512. В методі Рунге-Кутта послідовні значення 3 шуканої функції 4 визначаються по формулі:

5

Читати далі

Модифікований метод Ейлера

Знову, розглянемо диференціальне рівняння виду:

139

Потрібно знайти наближений розв’язок даного диференціального рівняння на інтервалі [a,b], який задовільняє початковій умові 222. Для цього вибравши крок 512, розбиваємо інтервал на n частин:

611

Згідно з методом Ейлера, послідовні значення шуканого розв’язку обчислюються за наближеною формулою:

316

Читати далі

Метод Ейлера для розв’язання звичайних диференціальних рівнянь

Метод Ейлера – один з найпрстіших чисельних алгоритмів розв’язку звичайних диференціальних рівнянь першого порядку з заданим початковим значенням тобто задачі Коші. Він є явним, однокроковим методом першого порядку точності, основна ідея якого полягає в тому, що інтегральна крива апроксимується кусочно-лінійною функцією, так званою ламаною Ейлера.

Метод Ейлера

Геометрична інтерпретація методу Ейлера

Розглянемо даний процес більш детально. Для цього запишемо диференціальне рівняння наступного вигляду:

з початковою умовою і припустимо, що потрібно занйти його ровз’язок на деякому інтервалі . Для цього розіб’ємо заданий інтервал на частин з кроком .  В результаті отримаємо систему рівновіддалених точок:

Читати далі