Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Методы Рунге-Кутты произвольного и четвертого порядков




Любой метод из семейства методов Рунге-Кутты второго порядка (30) реализуют по следующей схеме. На каждом ша­ге, т.е. при каждом i=0, 1, 2,..., вычисляют значения функции

а затем находят шаговую поправку

прибавление которой к результату предыдущего шага дает при­ближенное значение решения у(х) в точке xi+1 = xi + h:

Метод такой структуры называют двухэтапным по количеству вычислений значений функции — правой части уравне­ния (1) — на одном шаге.

Анализ устройства методов Рунге-Кутты второго порядка позволяет представить, в какой форме следует конструировать явный метод Рунге-Кутты произвольного порядка. По аналогии с предыдущим для семейства методов Рунге-Кутты p-го поряд­ка используется запись, состоящая из следующей совокупности формул:

(32)

где к = 2, 3, …, р (для р -этапного метода). Многочисленные па­раметры сk, ак, bkj, фигурирующие в формулах (32), подбираются так, чтобы получаемое методом (32) значение уi+1 совпадало со значением разложения y(xi+1) по формуле Тейлора с погрешностью O(hp+1) (без учета погрешностей, совершаемых напредыдущих шагах).

Наиболее употребительным частным случаем семейства методов(32) является следующий метод Рунге-Кутты четвертого порядка относящийся к четырехэтапным и имеющий вид:

(33)

Не пытаясь воспроизвести выкладки, приводящие от общей записи семейства (32) при р=4 к конкретному методу (33), дадим геометрическое толкование последнего.

Обратив внимание на то, что шаговая поправка Δуi, есть средневзвешенная величина поправок каждого этапа (с весовыми коэффициентами 1/6, 2/6, 2/6, 1/6 соответственно), проанализируем, как получаются эти поправки этапов. На первом этапе создается приращение соответствующее шаговой поправке Эйлера, — это
очевидно. На рис 2 ему отвечает отрезок ВС вертикали
х=xi+1 (точка В получена ортогональным проектированием
точки А на эту вертикаль).

Рис. 2. Геометрическая иллюстрация одного шага методов Рунге-Кутта четвертого порядка

Так как точка М, благодаря свойству средней линии треугольника (см. ΔАВС), имеет ординату определяет значение f(M), служащее (согласно связи у =f(x, у) и геомет­рическому смыслу производной) тангенсом угла А в новом тре­угольнике с противолежащим этому углу катетом Далее, аналогично, подсчитав на вертикали x=xi+1 откладываем следующую промежуточную (этапную) поправку Вычислив величину f(E)= являющуюся значением тангенса угла А во вновь получаемом ΔABG, имеем поправку последнего этапа. Итоговая шаговая поправка есть продукт усреднения с указанными коэффициентами четырех этапных поправок — длин отрезков ВС, BD, BE и BG. Точка Н будет стартовой для следующего, i+1-го, шага метода (33).

Заметим, что если первый этап, как уже упоминалось, соот­ветствует применению явного метода Эйлера, то четвертый — неявного, а второй и третий — уточненного методов Эйлера. По­следний имеет более высокий порядок точности, отсюда и боль­ший вес отвечающих ему значений этапных поправок.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-10-19; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 820 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Есть только один способ избежать критики: ничего не делайте, ничего не говорите и будьте никем. © Аристотель
==> читать все изречения...

2183 - | 2133 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.007 с.