Модифицированный метод Эйлера
В данном методе вычисление состоит из двух этапов:
,
. (5.7)
Данная схема называется также методом предиктор-корректор. Это английское название, означающее «предсказать-исправить». Действительно, на первом этапе приближенное значение предсказывается с первым порядком точности, а на втором этапе это предсказание исправляется, так что результирующее значение имеет второй порядок точности.
Методы Рунге-Кутты
Идея построения явных методов Рунге-Кутты -го порядка заключается в получении приближений к значениям по формуле вида , где
,
,
,
…
.
Здесь – некоторые фиксированные числа (параметры), которые подбирают таким образом, чтобы получить нужный порядок аппроксимации p. Как правило, для каждого p существует не одна схема Рунге-Кутты порядка p, а целое параметрическое семейство. Так, схемы Рунге-Кутта второго порядка точностиобразуют однопараметрическое семейство
(5.8)
Выделим из семейства методов (5.8) два наиболее простых и часто используемых частных случая. При получаем формулы
, (5.9)
которые совпадают с формулами модифицированного метода Эйлера (5.7). При a=1 выводим новый простой метод
,
который называется методом средней точки.
Схема Рунге-Кутта четвертого порядка точности.При p=4 можно получить один из вариантов метода:
(5.10)
ПРИМЕР 5.1. Решить задачу Коши:
на отрезке с шагом с помощью явного метода Эйлера (5.5), модифицированного метода Эйлера (5.7) и четырехэтапного метода Рунге-Кутта (5.10). Точное решение: .
Построим разностную сетку .
Расчетные формулы по явному методу Эйлера для данного примера: , .
Расчетные формулы модифицированного метода Эйлера: , , ,
Расчетные формулы метода Рунге-Кутта:
,
Результаты вычислений в Excel приведены ниже
Эйлер | Модиф. Эйлер | Рунге-Кутта | Точное | |||
0.1 | 1.2 | 1.2 | 1.22 | 1.218393 | 1.222104 | |
0.2 | 1.442 | 1.462 | 1.488593 | 1.488609 | 1.497737 | |
0.3 | 1.7384 | 1.788993 | 1.824368 | 1.826287 | 1.843178 | |
0.4 | 2.10408 | 2.200166 | 2.24674 | 2.250465 | 2.278311 | |
0.5 | 2.556896 | 2.718774 | 2.779016 | 2.784329 | 2.827423 | |
0.6 | 3.118275 | 3.372771 | 3.449508 | 3.456112 | 3.520175 | |
0.7 | 3.81393 | 4.196062 | 4.292669 | 4.300192 | 4.3928 | |
0.8 | 4.674716 | 5.229881 | 5.350447 | 5.358432 | 5.489549 | |
0.9 | 5.73766 | 6.524423 | 6.673919 | 6.68181 | 6.864471 | |
7.047191 | 8.140804 | 8.325282 | 8.332399 | 8.583584 |
Видно, что в сравнении с точным решением, самым точным является метод Рунге – Кутта.
Дата добавления: 2021-09-07; просмотров: 466;