数学分析复习三.ppt

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数学分析复习三

常微分方程数值解法 一般地,RK方法设近似公式为 (9-13) 其中 都是参数, 确定它们的原则是使近似 公式在  处的Taylor展开式与  在  处的 Taylor展开式的前面的项尽可能多地重合,这样就使近 似公式有尽可能高的精度。 32 常微分方程数值解法 这就是改进Euler公式,它是一种二阶龙格-库塔公式。 33 常微分方程数值解法 (9-11) 式(9-11)称为由Euler公式和梯形公式得到的预测— 校正系统,也叫改进Euler法,它是显式单步法。 预测 校正 改进Euler法的局部截断误差为 故它是二阶方法。 34 常微分方程数值解法 例10 用改进的Euler法求初值问题 的数值解, 取 . 解 改进的Euler公式为 所以 35 常微分方程数值解法 将 代入上式得 将 代入上式得 将 代入上式得 36 常微分方程数值解法 (9-18) 式(9-18)称为精典形式的四阶RK公式,通常说四阶RK 方法就是指用式(9-18)求解。 37 例11 用四阶RK方法求解初值问题 取 解 精典形式的四阶RK公式为 38 将初值 代入,计算结果如下:对n=0 39 常微分方程数值解法 对n=1 n xn yn 0 1 2 0 0.1 0.2 0 0.0951625 0.1812691 40 常微分方程数值解法 例12 用二阶方程初值问题 化为一阶方程组初值问题,并写出欧拉方法求解的 解 令 计算公式. 可得 计算公式为 41 1. 线性多步公式 (9-32) 式(9-32)称为Adams显式公式,它是四阶公式 2. 线性多步公式 (9-34) 称为四阶Adams隐式公式 称为Milne公式, Milne公式是四阶四步显式公式. 3. 线性多步公式 42 常用的线性多步公式 4. 线性多步公式 称为Hamming公式. 43 (9-39) Hamming公式是四阶三步隐式公式. 的导数近似函数导数, (7-5) 即 式(7-5)称为插值型求导公式. 数值微分 设已知函数 在[a,b]内n+1个节点 其插值多项式为 用 这是求数值微分的常用方法. 第七章 数值微分与数值积分 1.数值微分 1 插值多项式为 数值微分 1) 两点公式(n=1) 过节点 的Lagrange 故有 (7-9) 2 的Lagrange插值多项式为 求导得 得三点公式 ( ) ( ) x f i ih x x i , 2 , 1 , 0 0 = + = 数值微分 2) 三点公式 过节点 (7-11) 分别代入 3 设区间[a,b]上的某些节点 则称 (7-16) 的不同取法,可以 2. 数值求积公式 值 处的函数 称为求积系数. 得到不同的求积公式. 由节点 和求积系数 4 记 称 为求积公式(7-16)的截断误差. 为定积分的数值求积公式, 其中 式(7-20)称为n阶Newton-Cotes公式,简记为N-C公式, 牛顿-柯特斯(Newton-Cotes)求积公式 称为Cotes系数. (7-20) 5 3. 一般牛顿-柯特斯公式 Cotes系数具有如下性质. (1) (2) 牛顿-柯特斯(Newton-Cotes)求积公式 6 4 几个常用的牛顿-柯特斯公式 (1) 梯形公式 梯形公式的截断误差为 梯形公式具有一次代数精确度. 牛顿-柯特斯(Newton-Cotes)求积公式 (2) 辛普森(Simpson)公式 辛普森(Simpson)公式, 也称抛物线求积公式为: 其中 Simpson公式的截断误差为 为步长. 7 辛普森(Simpson)公式代数精确度是3 例1 分别用梯形公式与Simpson公式计算积分 的近似值,并估计截断误差. 解:梯形公式: 梯形公式截断误差为: 8 由Simpson公式(7-24) 截断误差为 9 复化梯形公式为 复化求积公式 (7-28) 复化梯形公式的截断误差为 (7-29) (7-30) 复化Simpson公式为 复化Simpson公式的截断误差为 10 = = 例2 分别用复化梯形公式与复化Simpson公式计算积分 [解] (1)用复化梯形公式, 截断误差为 复化求积公式 的近似值,为使截断误差的绝对值不超过 至少应将[0,1]的多少等份. 故取 n=68 11 (2)若用复化Simpson公式,截断误差为 复化求积公式 故取 n=6 12 例3 用 n=4 的复化梯形公式计算积分 13 并估计误差. 解 复化梯形公式为 14 复化梯形公式的截断误差为 定义7.1 若当 成立,则称该

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