Исправленный метод Эйлера
Пусть найдено приближенное значение уi » y(xi) решения y = y(x) задачи (1)-(2) и требуется вычислить yi+1 » y(xi+1), где xi+1 = xi + h. Запишем разложение решения по формуле Тейлора p-го порядка, принимая за базовую точку xi (т. е. по степеням x – xi) и положим в этом разложении x = xi+1. Имеем
. (12)
Если ограничится двумя слагаемыми в правой части разложения (12), то, согласно показанному выше, получим обычный метод Эйлера (5). Посмотрим, что дает учитывание третьего слагаемого.
При p = 2 из (12) следует равенство
. (13)
Значение первой производной в точке xi, в силу связи (1), приближенно известно:
y'(xi) = f(xi, y(xi)) » f(xi, yi). (14)
Дифференцируя (1), по формуле полной производной
у"(x) = f'x(x, у) + f'y(x, у)у'
находим приближенное значение второй производной:
у"(xi) = f'x(xi, у(xi)) + f'y(xi, у(xi))f(xi, y(xi)) »
» f'x(xi, уi) + f'y(xi, уi)f(xi, yi). (15)
Подставляя приближенные выражения у(xi), у'(xi) и у"(xi) в равенство (13), получаем следующую формулу для вычисления yi+1 » y(xi+1) при i = 0, 1, ..., n:
. (16)
Определяемый ею метод будем называть исправленным методом Эйлера.
Так как при i = 0 формулы (14) и (15) точны, а y0 = у(х0) согласно начальному условию (2), то на первом шаге вычислений по формуле (16) будет совершаться ошибка, связанная только с усечением ряда Тейлора. Следовательно, локальная ошибка или, иначе, шаговая погрешность метода (16) составляет величину O(h3), а это означает, что исправленный метод Эйлера относится к методам второго порядка.
Дата добавления: 2022-04-12; просмотров: 102;