Рассмотрим задачу Коши ,
(1) и
(2). На
введем равномерную сетку
,
,
. Линейные многошаговые методы задаются соотношением
,
(3). Для начала вычислений по формуле (3) необходимо знать разгонные значения.
. Значение
берется из (2), остальные
определяются посредством одношагового метода соответствующего порядка точности.
Числа и
в (3) будем называться параметрами метода (3). При
(3) будем явным методом, а при
– неявным методом.
Пусть точное решение задачи (1), (2). Погрешность метода (3), как правило, удовлетворяет оценке
где
. В основу построения многошаговых методов (3) (т.е. выбора
и
) положим понятие алгебраического порядка точности. Будем говорить, что метод (3) имеет алгебраический порядок точности, равный
, если он является точным для любого многочлена степени
. Если
– многочлен степени
, то
, т.е.
.
Для построения метода (3) алгебраического порядка точности равного , будем поочередно подставлять в (3) функции вида:
. При
. В силу (1)
. Далее
, необходимо чтобы выполнялось
точно, поэтому при подстановке функции
будем иметь соотношение
(4)
Таким образом, условие (1) является необходимым и достаточным для того, чтобы метод (3) был точен для любого многочлена нулевой степени. Положим теперь . Подставляя эти соотношения в (3) будем иметь:
. Последнее соотношение перепишем так:
.
В силу (4), последнее равенство запишем в виде:
(5)
Таким образом, для того, чтобы метод (3) имел алгебраический порядок точности, равный 1, необходимо и достаточно, чтобы его параметры удовлетворяли условиям (4) и (5). Продолжая этот процесс, получим соотношение (6)
Т.е. для того, чтобы метод (3) имел алгебраический порядок точности равный необходимо и достаточно, чтобы его параметры удовлетворяли (4), (5), а при еще и (6). Соотношение (4) и (5) (или (4),(5),(6)) представлял собой систему линейных алгебраических уравнений, которая в общем случае может иметь не единственное решение. Поэтому, ряд параметров метода (3), имеющий алгебраический порядок точности равный
, будут свободными. Т.е. ими можно распорядиться, например, для повышения алгебраического порядка точности или повышения устойчивости, либо чтобы сделать метод (3) явным.
Пример. Пусть (3) имеет вид: (7). Обозначим
. В данном случае условия (4) и (5) таковы
. Поэтому (7) можно переписать в виде
(8).
Метод (8) точен для любого многочлена первой степени и содержит 1 свободных параметр . Например, если положить
, то получим явный метод, который является методом Эйлера. Однако, например
можно выбрать и таким образом, чтобы метод (8) был точен для любого многочлена второй степени. Действительно, будем подставлять в (8) функцию:
. В данном случае:
(9). Перепишем (9) в виде:
(10)
Приведем в (10) подобные слагаемые:
.
А (8) приобретает вид: .