Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Методы Рунге–Кутта.






    Точность явных одношаговых методов численного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений вида

    можно повысить, сохраняя в разложении функции в ряд Тейлора большее число членов. Например, метод второго порядка имеет следующую разностную схему:

    ,

    или

    где

    .

    Основное неудобство такой формы разностной схемы – необходимость вычисления частных производных , . Эта трудность значительно возрастает при построении методов более высокого порядка точности.

    В методах Рунге–Кутта функции , где – порядок точности метода, заменяются на некоторые удобно вычисляемые функции таким образом, что

    ,

    где – константа, не зависящая от .

    В методе Рунге–Кутта второго порядка функция имеет вид

    .

    Разложим функцию в ряд Тейлора в окрестности точки :

    .

    Подставим это разложение в выражение для :

    Сравнивая и , нетрудно видеть, что при

    эти формы совпадают с точностью до члена .

    Если положить , то , . В результате метод Рунге–Кутта второго порядка примет вид:

    ,

    где

    По аналогии можно построить методы Рунге–Кутта более высоких порядков. Не останавливаясь на выводе, приведем популярный на практике метод Рунге–Кутта четвертого порядка:

    ,

    где

    На каждом шаге интегрирования в методе Рунге–Кутта четвертого порядка приходится четырежды вычислять значение функции при разных значениях аргументов. Более того, эти значения функции используются лишь однократно, что отражается на эффективности вычислений.

    Методы Рунге–Кутта относятся к классу явных условно устойчивых методов. По этой причине они оказываются неприемлемыми для решения жестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений.






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.