Mathcad : математический практикум. Часть 2. Есипенко Д.Г - 23 стр.

UptoLike

Рубрика: 

23
и введите в помеченных позициях аргумент
x
и имя функции
переменной
x
.
1.10 Численное решение задачи Коши методом Рунге Кутта
Аналитическое выражение для решений дифференциальных
уравнений , за исключением линейных дифференциальных уравнений с
постоянными коэффициентами, удается получить достаточно редко . В
MathCAD нет средств символьного решения уравнений , но достаточно
хорошо представлены методы численного решения задачи Коши.
Численное решение задачи Коши состоит в построении таблицы
приближенных значений
N
yyy ,...,,
21
решения
)
(
x
y
в узлах сетки
N
xxx ,...,,
21
,
ii
yxy
)( . Если khxx
k
+
=
0
,
N
k
,...,
,
=
, то сетка называется равномерной (h
- шаг метода).
Численный метод решения задачи Коши называется одношаговым, если
для вычисления решения в точке
hx
+
0
используется информация о решении
только в точке
0
x .
Для оценки погрешности метода на одном шаге сетки точное решение
раскладывают по формуле Тейлора в окрестности узла
i
x
:
+
+
=
+
=
+
hxyxyhxyxy
iiii
)()()()(
1
)(),()()(
!
1
2 p
iii
p
i
hOhyxfyhOhxy +++=++
′′
KK .
Если расчетные формулы численного метода согласуются с
разложением по формуле Тейлора до членов порядка
p
, то число
p
называется порядком метода .
Методом Рунге - Кутта обычно называют одношаговый метод
четвертого порядка, относящийся к широкому классу методов Рунге - Кутта .
В этом методе величины
1+i
y вычисляются по следующим формулам :
),(
1 ii
yxfk
=
,
)
,
(
12
k
h
y
h
xfk
ii
++= ,
                                                    23

     и введите в помеченных позициях аргумент x и имя функции
переменной x .

      1.10 Численное решение задачи Коши методом Рунге – Кутта

     Аналитическое выражение для решений дифференциальных
уравнений, за исключением линейных дифференциальных уравнений с
постоянными коэффициентами, удается получить достаточно редко. В
MathCAD нет средств символьного решения уравнений, но достаточно
хорошо представлены методы численного решения задачи Коши.
     Численное решение задачи Коши состоит в построении таблицы
приближенных значений y1, y2 ,..., y N решения y (x) в узлах сетки x1 , x2 ,..., xN ,
y ( xi ) ≈ yi . Если xk =x0 +kh , k =1,2,..., N , то сетка называется равномерной (h
- шаг метода).
      Численный метод решения задачи Коши называется одношаговым, если
для вычисления решения в точке x0 +h используется информация о решении
только в точке x 0 .
     Для оценки погрешности метода на одном шаге сетки точное решение
раскладывают по формуле Тейлора в окрестности узла xi :

                              y ( xi +1 ) = y ( xi +h) = y ( xi ) + y ′( xi ) h +
                   1
                      y ′′( xi )h 2 + +O (h p ) = y i + f ( xi , y i )h + +O (h p ) .
                   2!

      Если       расчетные       формулы         численного          метода         согласуются   с
                                                                                    p
разложением по формуле Тейлора до членов порядка h , то число p
называется порядком метода.
     Методом Рунге - Кутта обычно называют одношаговый метод
четвертого порядка, относящийся к широкому классу методов Рунге - Кутта.
В этом методе величины yi +1 вычисляются по следующим формулам:

      k1 = f ( xi , yi ) ,
                   h      h
      k2 = f ( xi + , yi + k1 ) ,
                   2      2