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文档简介
第五节微分方程的数值解在实用上有重大意义的许多微分方程,虽然满足解的存在唯一性定理的相关条件,但是它们的解常常不能表达成初等函数的形式,这类微分方程除了在第六章将要介绍稳定性、定性方法进行讨论之外,最常用的方法就是用数值方法求解它们了,即微分方程的数值解法,现已逐步形成一门新的、独立的研究分支了。求Cauchy问题(初值问题)的解,根据初值条件,按照一定的步长h,用某种方法(算法)计算微分方程解的近似值,这样求出的解称为数值解。第一部分欧拉方法一、欧拉格式规定:相邻两个节点的间距称为步长,在以后如不特别声明,步长就为定值h。讨论下列节点列上的近似解:并用的近似值代入上式的右端,记所得结果为,于是有欧拉公式(Euler)把方程(1)离散化,其基本方法是用差商代替微商,如以点列代入方程(1),有:并用差商代替其中的导数项,即有:例1求解以下初值问题解:分析1、确定步长h=0.1,由欧拉格式,有2、通过计算分析欧拉格式的精度较低。1.73211.78481.01.41421.43510.51.61251.64980.81.26491.27740.31.67331.54921.48320.90.70.61.35821.19181.10001.7178
1.34160.41.5803
1.18320.21.50901.09540.1
在的前提下估计的误差称为局部截断误差。1、欧拉公式(欧拉格式)2、差分方程由(3)构成的方程称为差分方程,由此逐步求。3、局部截断误差和精度如果一种数值方法的局部截断误差为,则称这种方法的精度为阶。二、隐式欧拉格式(一阶精度)用向后差商替代方程中的导数项,有(隐式欧拉格式)欧拉格式的精度是阶。事实上,有三、两步欧拉格式(二阶精度)用中心差商替代方程中的导数项,有(两步欧拉格式)计算当前步的值需要用到前两步的值,因此,得名两步格式。同时,也称前两种方法为单步方法。小结介绍了常微分方程初值问题数值求解的欧拉格式,这些格式分别具有一阶和二阶精度。注意:1、欧拉格式建立的基本思想就是用差商代替微商(向前、向后和中心差商);2、步长的选取;3、算法的收敛和稳定性分析是一个算法的重要部分。欧拉格式隐式欧拉格式两步欧拉格
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