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第八章常微分方程数值解法 85 一阶方程组的数值解法
第八章常微分方程数值解法
8.5 一阶方程组的数值解法
8.5.1 一阶方程组和高阶方程
考虑一阶常微分方程组的初值问题:
y ′ f (x ,y ,y ,L,y ),
i i 1 2 N (8.5.1)
( )
y i x 0 y i 0,i 0,1,2,L,N 。
若将其中的为知函数、方程的右端项都表示成向量形式:
y (y ,y ,L,y )T,f (f ,f ,L,f )T,
1 2 N 1 2 N
初始条件表示成 ( ) ( )T
y x 0 y 0 y 01,y 02,L,y 0 N ,
那么,(8.5.1)式可以写成
y ′ f i (x ,y ),
( ) (8.5.2)
y x 0 y 0。
第八章常微分方程数值解法
可见,式(8.5.2 )在形式上与一个方程的初值问题一样。关于一个方程的初值
为体的数值方法均适用于方程组。相应的理论问题也可类似地讨论。下面仅写
出两种数值方法作说明。
梯形方法:
h[ ( ) ( )]
y y + f x ,y +f x ,y ,
n+1 n n n n+1 n+1
2
或表达为
h [ ( ) ( )]
y y + f x ,y +f x ,y ,i 1,2,L,N ,
n+1,i ni i n n i n+1 n+1
2
y ( ) x f (x ,y )
其中 是第 个因变量y x 在节点 处的近似值,相应地,
ni i i n i n n
f (x ,y ,y ,y ) 。
i n n1 n2 nN
经典R-K方法:
h ( )
y n +1 y n + K 1 +2K 2 +2K 3 +K 4 ,
6
第八章常微分方程数值解法
其中
⎛ h h ⎞
( , ,) + , + ,
K 1 f x n y n K 2 f ⎜x n y n K 1 ⎟
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