Смекни!
smekni.com

Деякі скінченно-різнецеві методи розвязування звичайних диференціальних рівнянь (стр. 4 из 6)

Запишемо рівняння першого порядку

З початковими умовами

(1,2)

Нехай xi(i=0,1,2…)-система рівнозначних значень з кроком h i y(xi). Очевидно маємо

(3)

В силу другої інтерполяційної формули Ньютона з точністб до різниць четвертого порядку отримуємо:

(4)

де

або
(4а)

Підставляю вираз (4а) в формулу (3) і враховуючи те, що

будемо мати

З відси отримуємо формулу експоляриціональну Адамса

(5)

Для початкового процессу потрібно чотири початкових значення y0, y1, y2, y3, - початковий відрізок, який приділяє, виходячи із початкових умов (2), яким-небуть чисельним методом. Мажна наприклад використати метод Рунге-Кутта або розкласти в ряд Тейлора

Де i=1,2,3 (або i=-1,1,2) із відповідною зміною нумерування. Знаючи ці значення, із рівнянь (1) можна знайти значення похідних

і скласти таблицю

(6)

Подальше значення yi (i=4,5…) шуканого розвязку можна крок за кроком обчислювати за формулою Адамса, поповнюючи по мірі можливості таблицю різниць (6)

Вирахувавши перше наближення для

по формулі

Визначити

підрахувати кінцеві різниці

(7)

а потім знайти друге наближення для більш точній формулі

(8)

Якщо
і
відрізняються лишень на дкілька одиниць останнього зберігаючого десяткового розряду, то можна поставити
а потім знайшовши
перерахувавши кінцеві різниці (7). Після цього, потрібно знову знайти
по формулі (8) Поту цей крок h повинен бути таким, щоб цей перерахунок був зміненим.

На практиці крок h вибирають малим, щоб можна було знехтувати членом

в формулі (8)

Якщо за розбіжність величин

і
суттєва, то потрібно зменшити крок h.

Звичайно крок h зменшують рівно в 2 рази. Можна показати, як в цьому випадку, маючи до деякого значення і таблицю величин хj, yj, Yj=hyj (j<=i) з кроком

, можна просто побудувати таблицю величин
з кроком

На основі формули (4) будемо мати

(9)

Де

Звідси,
і
і враховуючи, що
заходимо

(10)

Аналогічно при

із формули (9) отримаєм, що аргументу
відповідає значення

(11)

Що стосується значень Yi-1 i Yi, то вони знаходяться в старій таблиці. Після цього складаємо початковий відрізок для нової таблиці:

і знаходимо кінцеві різниці:


Далі таблиця будується простим способом, подальшою модифікацією формули (5):

Для роботи на компютерах формулу Адамса (5) вигідно використовувати в розкритому виді. Враховуючи, що

Після цього маємо:

причому

Метод Крилова

Для спрощеня запису обмежимось розглядом диференціальних рівнянь першого порядка

(1)

З початковими умовами

Введемо спочатку ряд допоміжних формул

В силу формули Адамса отримаємо

(2)

Введемо позначення

Формула (2) називається формулою похилого рядка, так як в ній використовуються різниці, які знаходяться на діагоналі таблиці різниць. Враховуючи, що

Із формули (2) будемо мати

Звідси отримуємо першу допоміжну формулу – яку ще можна назвати перша формула ламаного рядка

(3)

Далі враховуючи, що

і
із формули (3) виводимо другу формулу – друга формула ламаного рядка

(4)

Якщо

отримаємо формулу горизонтального рядка

(5)

Підмітимо, що формулу (5) можна отримати безпосередньо за допомогою інтегрування, в межах від xi до xi+1 розкладанням

за допомогою першої інтерполяційної формули Ньютона:

Перейдемо до опису метода Крилова послідовних наближень. Перше наближення полягає у тому, щоб знайти наближене значення

Після цього знайдемо
і складає різницю
, де
.

Значення які знайшли заносимо в розділ (І) основного бланку (таблиця 1)