Численное решение задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений методами типа Рунге-Кутта. Часть 1. Корзунина В.В - 33 стр.

UptoLike

Рубрика: 

33
где
()
++==
=
1
1
00001
~
~
,
~
,,
~
i
j
jijii
kyhxhfkyxhfk βα .
Пусть rrsp
~
,
>
. Тогда оценка локальной погрешности
s
ρ формулы (105)
имеет вид
)(
1
11
+
+−=
psps
hOyyρ
или , оставляя только члены главного порядка ,
sps
yy
11
−≅ ρ
. (106)
Полученная оценка погрешности (106) требует
1
~
+
r
r
вычислений правой
части уравнения (1).
Если коэффициенты в формулах (104) и (105) таковы, что
ri
ijijii
~
,...,2,1,
~
,
~
=== ββαα , (107)
то rikk
ii
~
,...,2,1,
~
== , и для локальной погрешности (13?) получается выражение
вида
=
=−≅
r
i
ii
sps
kqyy
1
11
ρ
. (108)
где rripqrippq
iiiii
,...,1
~
,,
~
,...,2,1,
~
+
=
=
=
=
Величина
=
=
r
i
ii
kqE
1
(109)
называется контрольным членом. Использование контрольных членов для
комбинаций специально подобранных формул позволяет уменьшить по
сравнению с правилом Рунге (102) и оценкой (106) количество вычислений
правой части уравнения (1).
Пример 1. Комбинация независимых формул.
Для метода третьего порядка
)3
~
,3(
=
=
rs
()
3101
3
4
1
KKyy ++= , (110)
()
++=
++==
20031002001
3
2
,
3
2
,
3
1
,
3
1
,, KyhxhfKKyhxhfKyxhfK
,
                                                                33
       где
       ~                   ~         �                i −1
                                                           ~ ~ �
       k1 =hf (x0 , y 0 ), k i =hf �� x0 +α i h, y 0 +∑ βij k j �� .
                                       �              j =1        �

       Пусть p >s, r ≥~r . Тогда оценка локальной погрешности ρ s формулы (105)
имеет вид
       ρ s = y1p −y1s +O (h p +1 )

или, оставляя только члены главного порядка,
       ρ s ≅ y1p −y1s .                                                                            (106)
       Полученная оценка погрешности (106) требует ~r +r −1 вычислений правой
части уравнения (1).
       Если коэффициенты в формулах (104) и (105) таковы, что
                       ~
       α i =α~i , βij =βij , i =1,2,..., ~
                                         r,                                                        (107)
         ~
то k i =k i , i =1,2,..., ~r , и для локальной погрешности (13?) получается выражение
вида
                            r
       ρ s ≅ y1p −y1s =∑ q i k i .                                                                 (108)
                           i =1


где     qi = pi −~
                 pi , i =1,2,..., ~
                                  r , qi = pi , i =~
                                                   r +1,..., r
       Величина
              r
       E =∑ q i k i                                                                                (109)
             i =1


называется контрольным членом. Использование контрольных членов для
комбинаций          специально           подобранных              формул   позволяет      уменьшить    по
сравнению с правилом Рунге (102) и оценкой (106) количество вычислений
правой части уравнения (1).
       Пример 1. Комбинация независимых формул.
       Для метода третьего порядка ( s =3, ~r =3)
                    1
       y1 = y 0 +     (K1 +3K 3 ),                                                             (110)
                    4
                                     �    1        1 �               �    2        2     �
       K 1 =hf (x0 , y 0 ), K 2 =hf � x0 + h, y 0 + K 1 � , K 3 =hf � x0 + h, y 0 + K 2 � ,
                                       �  3        3 �                 �  3        3       �