Введение в численные методы. Гладких О.Б - 40 стр.

UptoLike

h. 0. Говорят, что метод имеет p-ый порядок
точности, если для погрешности справедлива
оценка R Ch
p
, p > 0, C – константа, C 0.
x
n
=
1
1
n
nn
n
n
a
b
,
x
k
=
1
1
2+
1k
kn
1
k
kk
a
(b .a x
k+1
a x
k+2
–…– a x
n
),(3.9)
k
k
1
1,
+
k
kk
1
,
k
kk
6.2. Метод Эйлера
k = n – 1, n – 2, …, 1.
Простейшим методом решения задачи Коши
является метод Эйлера. Будем решать задачу Ко-
ши
Трудоемкость метода.
Для реализации мето-
да исключения Гаусса требуется примерно 2/3n
3
операций для прямого хода и n
2
операций для об-
ратного хода. Таким образом, общее количество
операций составляет примерно 2/3n
3
+ n
2
.
y' (t) = f(t, y(t)).
y(t
0
) = y
0
,
Пример 3.1.
Применим метод исключения Гаусса по схе-
ме единственного деления для решения системы
уравнений:
2.0x
1
+ 1.0x
2
– 0.1x
3
+ 1.0x
4
= 2.7
0.4x
1
+ 0.5x
2
+ 4.0x
3
– 8.5x
4
= 21.9
0.3x
1
– 1.0x
2
+ 1.0x
3
+ 5.2x
4
= 3.9 (3.10)
1.0x
1
+ 0.2x
2
+ 2.5x
3
– 1.0x
4
= 9.9
Будем делать округление чисел до четырех
знаков после десятичной точки.
Прямой ход.
1-ый шаг. Вычислим множители:
m =
1
2
21
11
a
a
=
0.4
2.0
= 0.2;
m =
1
3
31
11
a
a
=
0.3
2.0
= 0.15;
105
на отрезке [t
0
, T]. Выберем шаг h =
n
tT
0
, и по-
строим сетку с системой узлов
t
i
= t
0
+ ih, i = 0, 1, …, n.
В методе Эйлера вычисляются приближен-
ные значения функции y(t) в узлах сетки :
y
i
y(t
i
).
Заменив производную y' (t) конечными разностями
на отрезках
[t
i
, t
i+1
], i = 0, 1, …, n – 1,
получим приближенное равенство:
h
ii
yy
= f(t
i
, y
i
), i = 0, 1, …, n – 1,
+1
которое можно переписать так:
y
i+1
= y
i
+ h f(t
i
, y
i
), i = 0, 1, …, n – 1. (6.3)
Формулы (6.3) и начальное условие (6.2) яв-
ляются расчетными формулами метода Эйлера.
40
                                      bnn −1                                             h.→ 0. Говорят, что метод имеет p-ый порядок
                              xn =           ,
                                        n −1
                                      a nn                                               точности, если для погрешности справедлива
         1                                                                               оценка R ≤ Ch p, p > 0, C – константа, C ≠ 0.
xk =              (b kk −1 –.a kk −,k1+1 xk+1– a kk −,k1+ 2 xk+2 –…– a kkn−1 xn),(3.9)
       a kkk −1
               k = n – 1, n – 2, …, 1.                                                                    6.2. Метод Эйлера
     Трудоемкость метода. Для реализации мето-                                                Простейшим методом решения задачи Коши
да исключения Гаусса требуется примерно 2/3n3                                            является метод Эйлера. Будем решать задачу Ко-
операций для прямого хода и n2 операций для об-                                          ши
ратного хода. Таким образом, общее количество                                                             y' (t) = f(t, y(t)).
операций составляет примерно 2/3n3 + n2.                                                                  y(t0 ) = y0,
                                                                                                                                          T − t0
                 Пример 3.1.                                                             на отрезке [t0, T]. Выберем шаг h =                     , и по-
                                                                                                                                            n
     Применим метод исключения Гаусса по схе-                                            строим сетку с системой узлов
ме единственного деления для решения системы                                                           ti = t0 + ih, i = 0, 1, …, n.
уравнений:                                                                                     В методе Эйлера вычисляются приближен-
          2.0x1 + 1.0x2 – 0.1x3 + 1.0x4 = 2.7                                            ные значения функции y(t) в узлах сетки :
          0.4x1 + 0.5x2 + 4.0x3 – 8.5x4 = 21.9                                                                 yi ≈ y(ti).
          0.3x1 – 1.0x2 + 1.0x3 + 5.2x4 = – 3.9                              (3.10)      Заменив производную y' (t) конечными разностями
          1.0x1 + 0.2x2 + 2.5x3 – 1.0x4 = 9.9                                            на отрезках
     Будем делать округление чисел до четырех                                                          [ti, ti+1], i = 0, 1, …, n – 1,
знаков после десятичной точки.                                                           получим приближенное равенство:
                                                                                                    yi +1 − yi
Прямой ход. 1-ый шаг. Вычислим множители:                                                                      = f(ti, yi), i = 0, 1, …, n – 1,
                      a    0.4                                                                           h
              m 12 = 21 =      = 0.2;                                                    которое можно переписать так:
                      a11  2.0                                                                    yi+1 = yi + h f(ti, yi), i = 0, 1, …, n – 1. (6.3)
                    a     0.3                                                                 Формулы (6.3) и начальное условие (6.2) яв-
              m 13 = 31 =     = 0.15;
                     a11  2.0                                                            ляются расчетными формулами метода Эйлера.


                                            40                                                                        105