Численные методы решения инженерных задач в пакете MathCAD. Бедарев И.А - 58 стр.

UptoLike

60
x
i
x
0
x
1
… x
n
y
i
y
0
y
1
… y
n
На каждом локальном интервале
(
)
1
,
+ii
xx решение задачи
представим в виде
()
+
=
+
1
,
1
i
i
x
x
ii
dxyxfyy
. (5.3)
Заменим интеграл какой-либо квадратурной формулой чис-
ленного интегрирования. Если воспользоваться простейшей
формулой левых прямоугольников первого порядка точности
() ( )
ii
x
x
yxhfdxyxf
i
i
,,
1
=
+
,
то получим явную формулу Эйлера:
(
)
iiii
yxhfyy ,
1
+
=
+
, 1...,,1,0
=
ni . (5.4)
Если в (5.3) использовать формулу правых прямоугольни-
ков, то получим неявный метод Эйлера
(
)
111
,
+++
+
=
iiii
yxhfyy
, 1...,,1,0
=
ni , (5.5)
в котором для вычисления неизвестного значения
()
11 ++
ii
xyy
по известному значению
(
)
ii
xyy
требуется решать нелиней-
ное уравнение.
Если для приближенного вычисления интеграла в (5.3) вос-
пользоваться формулой средних прямоугольников
() ( )()
22
1
/hxy,/hxfhdxy,xf
ii
x
x
i
i
++=
+
,
то получим метод предикторкорректор:
()
iiii
yxf
h
yy ,
2
21
+=
+
,
(
)
211
,2/
++
+
+
=
iiii
yhxfhyy . (5.6)
Метод (5.6) является частным случаем методов РунгеКутты:
(
)
hyxhyy
iiii
,,
1
ϕ
+
=
+
, (5.7)
где
      xi          x0      x1           …              xn
      yi          y0      y1           …              yn
   На каждом локальном интервале (xi , xi +1 ) решение задачи
представим в виде
                                          x i +1
                           yi +1 − yi =    ∫ f (x, y ) dx .                  (5.3)
                                           xi

    Заменим интеграл какой-либо квадратурной формулой чис-
ленного интегрирования. Если воспользоваться простейшей
формулой левых прямоугольников первого порядка точности
                               xi +1

                                ∫ f (x, y )dx = hf (xi , y i ) ,
                                xi

то получим явную формулу Эйлера:
                      y i +1 = y i + hf ( xi , y i ) , i = 0, 1, ..., n − 1 . (5.4)
     Если в (5.3) использовать формулу правых прямоугольни-
ков, то получим неявный метод Эйлера
              y i +1 = y i + hf (xi +1 , y i +1 ) , i = 0, 1, ..., n − 1 ,    (5.5)
в котором для вычисления неизвестного значения y i +1 ≈ y (xi +1 )
по известному значению y i ≈ y (xi ) требуется решать нелиней-
ное уравнение.
     Если для приближенного вычисления интеграла в (5.3) вос-
пользоваться формулой средних прямоугольников
                   xi +1
                    ∫ f (x , y )dx = h f (xi + h / 2, y (xi + h / 2)) ,
                    xi
то получим метод предиктор–корректор:
                              h
                yi+1 2 = yi + f (xi , yi ) ,
                              2
                                            (
                yi +1 = yi + h f xi + h / 2, yi +1 2 .        )              (5.6)
Метод (5.6) является частным случаем методов Рунге–Кутты:
                      y i +1 = y i + hϕ (xi , y i , h ) , (5.7)
где


                                                60