- 1、本文档共20页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
- 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
- 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。
- 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
- 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多
数值方法 第9章 常微分方程数值解 (上)
第九章 常微分方程数值解(上)
§0 引言
一阶常微分方程初值问题
(*)
其中是平面某一区域D上的连续函数,
如果,满足
存在,并满足方程
那么是初值问题(*),在上的解。
对于(*)是否有唯一解?对还要附加一些条件。
定义 如果存在常数,使得对任有
则称满足Lipschitz条件,L为Lipschitz常数。
如果 ,那么有
导数有界(满足Lipschitz条件
如果存在常数,使得对一切及有
则称对满足Lipschitz条件
定理(存在唯一性),设是在
上的连续函数,而且对
满足Lipschitz条件,则对任,
初值问题(*)在上存在唯一的连续可微解
。
为了对初值问题进行求解,一些简单问题有解析解,
大量非线性问题没有解析表达式,因此,近似求解和
数值求解常微分方程是非常必要的。
首先对连续区间离散化
为常数。
离散点是等矩的也可以不等距的,下面仅讨论等距情况。
在处的值记为,其近似值用表示
§1 简单数值方法
I)显式Euler方法
Euler
略去高阶项
即
设是初值问题的解,那么有
从而有
左边称为差商,即用差商近似微商
从开始,,再利用
(*)
得 的近似值,
再以作为的近似值,由(*)得到的近似值
(1)
这是计算初值问题近似解的公式,当已知时,可由
公式(1)简单地求出,方法称为显式的,由上的
近似值可求出上的近似值,称为单步公式,
(1)称为显式Euler方法。
(II)隐式Euler方法
略去高阶项,并设是初值问题的解,则有
即写为
同样用 的近似值代入有
(2)
(2)的右端含有,不能直接由(2)可得,
这种方法称为是隐式的。(2)称为隐式Euler方法;
由于不能由直接计算出,而是要解方程,一般
用迭代方法,即 取,或用显式求出作为
即
。
当 时,取
这样方法称为迭代法
考虑迭代收敛性:
当收敛;称为迭代收敛条件
(III)梯形方法
在上对上式进行积分有
等式右边采用梯形公式近似有
用来代替就得到
(3)
此公式称为梯形公式,由于等式右边含有,因而是
隐式方法。用它们来求时必须解方程,一般用迭代
求解。
取,
迭代公式为
同样,当时,取;仿隐式
Euler方法推导,梯形公式迭代收敛条件为
例
取 计算到
Euler方法
用 代入有
梯形方法
用,代入有
由于是线性方程,因此不用进行迭代
Euler方法与梯形方法计算比较:
从数值结果看出,梯形公式比Euler公式好,但一般
梯形公式需要进行迭代,因此做一步费时;“计算效率”
比较,应从精度,耗机时等方面进行比较,还应从实际
对精度要求来考虑。
(IV)予估一校正方法
为了消除迭代,出现了予估一校正的方法,先给出粗糙
估计,然后再给出稍精确的求解,这是微分方程数值解
常用方法。
改进Euler方法
予估
校正
或写成
这公式称为改进的Euler公式,其精度比Euler公式好,
比梯形公式稍差些。
例子 用Euler方法和改进Euler方法解初值问题。
步长取 ;由0计算到3。
可以看出改进Euler方法较为精确
(V)显式单步方法基本概念
已经引入了四种方法;Euler方法,隐式Euler方法,梯形
方法,以及改进Euler方法,其中二种为隐式方法,Euler
方法与改进Euler方法为显式方法,下面重点讨论显式
方法,对于隐式方法在多步方法中讨论。
其中,一般显式方法可以统一写成如下形式
从开始进行计算,
在处微分方程初值问题
的精确解。 与之差
称为方法在处的整体截断误差,当然这与整个计算中
每步情况有关,但一般求得较为困难,因此先考虑一步的
截断误差:Euler方法
是典型单步方法,
定义:
称为显式单步法在处的局部截断误差,
其中是
微分方程初值问题在处的精确解。
显然对于单步方法
如果每步是精确的
那么
即 为是精确值,用
显式
文档评论(0)