第二讲 欧拉数值方法及推广

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一,数值方法是解微分方程的主要方法;

二,IVP初值问题:一阶微分方程​​​​​​​{y}'=f(x,y) ,和初始点y(x_{n})=y_{n},联立的方程组;

三,欧拉数值方法:

  1. 找到初始点(x_{n},y_{n})
  2. 根据微分方程{y}'=f(x,y),求出初始点斜率A_{n}=f(x_{n},y_{n})= \frac{y_{n+1}-y_{n}}{h}
  3. 设步长为h
  4. x_{n+1}=x_{n}+h
  5. y_{n+1}=y_{n}+hA_{n}
  6. ……循环迭代

     也可以用表格的方法来做,见视频10:00~15:50

四,欧拉数值方法的问题:

  1. 计算结果的误差偏高还是偏低?如果解是凹函数,则偏低;如果解是凸函数,则偏高
  2. 判断初始点附近的函数凹凸性的方法:先求{y}'=f(x,y)的导函数{y}'',再将初始点(x_{n},y_{n})代入导函数,解出{y}'', {y}''为+时是凹函数,{y}''为-时是凸函数
  3. 如果函数是凹凸起伏的,则需要分段判断
  4. 减小误差的方法1:取较小步长,效果是一阶逼近e\sim C_{1}h
  5. 减小误差的方法2:将斜率A_{n}改为\frac{A_{n}+A_{n+1}}{2},效果是二阶逼近e\sim C_{1}h^{2}
  6. 电脑作图的标准方法是RK4(runge-kutta四阶逼近)

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