Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

metodichka_chm_chast_1

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
19.03.2016
Размер:
331.68 Кб
Скачать

 

 

l

l

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

n

 

 

l

l

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

n

(

(

31

 

l

 

 

l

æ

 

 

1

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n )

ç1

-

 

÷

=- =

(@ M),-

,...l , , 2, 1

y

y

y

 

2s

 

 

 

 

 

è

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

l

 

s

 

)

 

=

- M .

-,...l=, @2, 1 - , y1

y2

y

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n ) (

 

 

 

4.2. Оценк а

 

ло к а льно й п о греш но ст и п о п ра ви лу Рунге

 

 

 

 

М е то д

Рунге

 

пр а кти ч е ско й

о це нки

ло ка льно й

по гр е шно сти

являе тся

на и б о ле е

 

р а спр о стр а не нным, хо тя и

не

са мым

эффе кти вным ме то до м.

Он

за клю ч а е тся в то м,

ч то по

о дно й и

то й же выб р а нно й выч и сли те льно й фо р муле

сч и та ю тся два

 

пр и б ли ж е ни я к р е ше ни ю в о дно й

то ч ке ,

но с р а зными

ша га ми .

Ср а вне ни е

 

 

 

эти х

 

 

двух

 

 

 

пр и б ли ж е нных

зна ч е ни й

по зво ляе т

по луч и ть

а по сте р и о р ную

 

о це нку по гр е шно сти .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Об о зна ч и м ч е р е з y1

р е ше ни е , по луч е нно е

по выб р а нно й р а сч е тно й фо р муле

ти па (4),(5) в то ч ке

 

 

x1

= x0

+ h . Г ла вный ч ле н ло ка льно й по гр е шно сти о б о зна ч и м

ч е р е з ψ x0

y0 )(hs+,1 , по дч е р кнув те м са мым, ч то

р е ше ни е по луч е но

и з то ч ки

x0 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=+ψ -

0 )0h0s+,1y. (x (1

y )

h y x

 

 

 

 

 

 

 

(98)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

р е ше ни е ,

по луч е нно е

по

пр а ви лу (4,5) в то ч ке

x0

+ h

,

Об о зна ч и м ч е р е з y

2

гла вный ч ле н по гр е шно сти ко то р о го

р а ве н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

h ö

 

 

 

 

 

ψ y

 

æ h ös+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(99)

 

yç x

 

 

 

 

÷ 0

 

 

 

 

y0 )(çx0

,÷ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

- ˆ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

2

ø

 

 

 

 

 

è 2 ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И з то ч ки

 

x0 +

h

 

выч и сли м пр и б ли ж е ни е

 

 

1

к р е ше ни ю

в то ч ке

 

x0 + h

с

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по гр е шно стью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψ

æ

 

 

h

, yˆ

öæ h

ös+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

ç x

+

 

 

÷ç=+ h÷ y-,x

 

 

 

 

 

 

 

(100)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

y(x) – то ч но е

è0 0

 

 

 

1øè 2

ø

 

 

 

 

 

 

 

усло ви ю

 

 

 

 

р е ше ни е

ур а вне ни я (1), удо вле тво р яю щ е е

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ æ

+

h

ö

=

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yç x

 

 

 

÷

 

 

y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

2 ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если в ка ч е стве пр и б ли же ни я к р е ше ни ю

в то ч ке

x

пр и нять

 

1 ,

то со гла сно

y

пр а ви лу Рунге [6] гла вна я ч а сть по гр е шно сти

ме то да

на

двух по сле до ва те льных

ша га х h

2

р а вна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1 0

y1s - y)11.

h2(y-)x

=+

( (-

)

 

 

 

 

 

(101)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В ыч и сле нно е

 

пр и б ли же нно е зна ч е ни е

 

 

1

мо жно

уто ч ни ть, пр и б а ви в к не му

 

y

ве ли ч и ну гла вно го

ч ле на по гр е шно сти , то е стьпо ло ж и в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1

y1s - y1)11.

y2(1 -y) x @+

( =

(

)

 

 

 

 

(102)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

То гда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

O) . y ( y x ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(103)

 

1

- 1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В да нно м

спо со б е

о це нки

по гр е шно сти

фо р мула

Рунге -Кутта (4,5)

пр и ме няе тся тр и

 

р а за

и

тр е б уе тся

3q −1

 

выч и сле ни й

пр а во й ч а сти

fy)(x,

ди ффе р е нци а льно го

 

 

ур а вне ни я (1),

по это му

пр и

сло жных

и тр удо е мки х

для

выч и сле ни я пр а вых ч а стях это тспо со б вле ч е тб о льши е

выч и сли те льные за тр а ты.

 

4.3. Оценк а

 

 

ло к а льно й п о греш но ст и

на

о сно век о м б и на ци и м ет о до в

 

 

ра зно го п о рядк а т о чно ст и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э то т ме то д,

та к

ж е

ка к и ме то д

о це нки по гр е шно сти

Рунге ,

о сно ва н

на

ср а вне ни и

двух пр и б ли ж е нных зна ч е ни й р е ше ни я в о дно й

то ч ке ,

то лько

эти

зна ч е ни я выч и сляю тся по

фо р мула м ти па

(4),(5)

р а зных по р ядко в то ч но сти с

о дни м и те м ж е ша го м.

Пустьвыб р а ныдва ме то да ти па Рунге -Кутта р а зных по р ядко в. Оди н ме то д

по р ядка

p :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1p

=

0

+ å i ki p, y

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(104)

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

)

æ

α ,

 

i−1

ö

, ,

 

=y h

 

x hf

k y kx hf

 

 

 

ç

0

+ = β

k +,÷

1

0 i

 

 

 

 

 

ç

 

å

0 j ÷iij

0

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

j=1

ø

 

 

 

 

 

 

др уго й – по р ядка

s :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

=

 

r

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(105)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

+ å ~i ki p, y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

33

где

~ (

Пусть

име е тви д

ρ1

 

),

~

æ

 

α

 

 

i−1

~

~

ö

 

 

 

 

 

 

 

,

ç

 

,

 

 

÷

 

=y h

 

x hf

 

k y kx hf

 

 

 

ç

 

 

 

0

å

 

0 j ÷iij

1

0

0 i

 

 

 

 

 

,

 

è

 

 

 

 

j=1

 

 

ø

 

 

 

 

ρ

 

фо р мулы (105)

>

³ r .p Тоr sгда

о це нка ло ка льно й по гр е шно сти

s

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 =+

 

p+1

y

ss

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(h- yO)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и ли , о ста вляя то лько

ч ле ныгла вно го по р ядка ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

@ y1 - ys1s .

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(106)

 

 

По луч е нна я о це нка по гр е шно сти

(106) тр е б уе т r + r -1 выч и сле ни й пр а во й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ч а сти ур а вне ни я (1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если ко эффи ци е нтыв фо р мула х (104) и (105) та ко вы, ч то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

,

 

 

 

 

~

 

 

~

,2, 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(107)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

βij

=iα=β iij α,...i,=r,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то i =

~

=

 

 

 

 

~

 

дляk i

лоk

ка льно й по гр е шно сти

(13?)

по луч а е тся выр а же ни е

 

 

i

 

,..., r, ,2,и1

 

 

ви да

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

1

 

 

 

1

r

 

y

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(108)

 

 

 

 

 

 

 

@= å-i ki q.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ss

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

=

 

 

~

=

 

~

 

 

 

 

 

i ,

~

+1,..., r

 

 

rii

i

i p

q

 

r

i

qp

p

 

 

 

 

 

,..., , , 2, 1 =

 

= i

 

 

 

 

В е ли ч и на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

å i

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(109)

 

 

 

=E

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на зыва е тся

ко нтр о льным

ч ле но м.

 

И спо льзо ва ни е

 

ко нтр о льных

ч ле но в

для

 

 

ко мб и на ци й

 

спе ци а льно

по до б р а нных

 

фо р мул

по зво ляе т

уме ньши ть

по

 

 

ср а вне ни ю

с

 

пр а ви ло м Рунге

(102) и

о це нко й

(106) ко ли ч е ство

выч и сле ни й

 

 

пр а во й ч а сти ур а вне ни я (1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр и ме р 1. Ко мб и на ци я не за ви си мых фо р мул.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для ме то да тр е тье го

по р ядка

s (=

, 3r

= 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(

+ 3=K3 ),+K 1y 1

y 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(110)

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

),

 

æ

 

1

 

 

1

 

ö

 

 

æ

2

 

 

2

 

 

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

ç

 

 

 

 

,

+=

 

 

÷,

+

ç=

 

 

,

+=

 

 

K2

÷ ,+y h0

x

0 hf

3K

1K

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

3

 

ø

 

 

è

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

 

 

 

 

фо р мула ко то р о го

 

пр и на дле ж и т

 

двухпа р а ме тр и ч е ско му се ме йству (27) и

 

со о тве тствуе т зна ч е ни е м

α2

=

1

, α3

 

=

 

2

, о ста то ч ный

ч ле н

о це ни м с по мо щ ью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

 

 

ме то да тр е х во сьмых (33) ч е тве р то го

по р ядка

p =

r = ) 4(

, 4

 

1 (

 

 

3

3

+ K4 ),+K

3

 

 

 

+K=2

K+1y 1

y 0

 

(111)

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ,

),

 

æ

 

1

 

 

 

1

 

ö

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

 

 

,

+=

 

K1 ÷, +y 0h

= x 0

hf

21K 0y K0x hf

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

3

 

ø

 

 

 

 

 

æ

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

ö

 

 

 

 

 

(+

 

 

+ K31 )-. K2=+ K y+ h0 x 0hf

4K 2K

ç

 

 

,

 

 

 

+

 

 

 

 

÷,-=

 

 

 

 

 

,

 

3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За ме ч а ни е . Если о це ни ва ть по гр е шно сть ме то да (110)

по пр а ви лу Рунге ,

то

тр е б уе тся 8 о б р а щ е ни й к

пр а во й ч а сти

fy)(x,вме сто пяти

по

р а ссмо тр е нно му в пр и ме р е

1 ме то ду.

 

 

Пр и ме р 2. Ко мб и на ци я спе ци а льно

по до б р а нных фо р мул.

 

М е то ды(30)

 

 

 

1

(

4 + K3 ),+K2= K+1y 1 y 0

6

 

 

( ,

),

æ

ç x

 

 

è

и (22)

 

 

= + yK21,

y

0

h

K

 

ö

hf , y0

=+K

1

÷y0 K+x hf 21(=

2

2

ø

( , ),

æ

h

 

K

ö

 

ç x hf , y0

=+K 1

÷y0,K+x hf 21

=

 

è

2

 

2

ø

 

удо вле тво р яю тусло ви ю

(107), пр и

это м =

=

(109) за пи сыва е тся в ви де

 

 

 

 

 

 

(112)

, + 2K=-), K +, y h K x hf

0 0 2 1 3 0 0

(113)

00

=, 3~r = 2,.p2r Ко3нтр, s о льный ч ле н

 

1

(

2 =+ K1 3 ) -EK2 K

 

6

 

 

 

 

 

 

и и ме е тпо р ядо к O(h3 ) .

 

 

Пр и ме р 3. Ко мб и на ци я спе ци а льно по до б р а нных фо р мул.

Ста нда р тный ме то д Рунге -Кутта ч е тве р то го

по р ядка (32)

1

(

2

2 + K4 ) +K 3 +K2= K+1y

1 y 0

6

 

 

 

 

(114)

(115)

( , ),

= ( + ,

 

 

 

 

 

 

35

æ

h

 

K

 

ö

æ

ç x hf , y

 

=+K

1

÷y, K+x hf Kç=x

è

2

0

2

ø0

21è

+ K ), y h K x hf

3 4 0 0

 

h

 

 

K

2

ö

 

hf

, y

=+

 

÷, +

 

2

0

2

0 3 0

 

ø0

и

ме то д

вто р о го

по р ядка

(22)

удо вле тво р яю т усло ви ю

(107),

пр и

это м

=

=

 

=

, 4r = 2,.p2rКо4нтр, s о льный ч ле н (109) за пи сыва е тся в ви де

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

(

4

2

+ K4 )=+K 31

-EK2

K

 

 

(116)

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и и ме е тпо р ядо к O(h3 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За ме ч а ни е .

Если о це нку по гр е шно сти ме то да (22) пр о во ди тьпо пр а ви лу Рунге ,

 

 

 

 

то

по тр е б уе тся пять о б р а щ е ни й к

пр а во й

ч а сти

и схо дно го

 

 

 

 

ур а вне ни я. В

пр и ме р е

2 для та ко й

о це нки

до ста то ч но

тр е х

 

 

 

 

о б р а щ е ни й, в пр и ме р е

3 – двух о б р а щ е ни й к пр а во й ч а сти .

 

 

4.4. Вло женны ем ет о ды

о ценк и

ло к а льно й п о греш но ст и

 

 

 

В ло же нные ме то дыо це нки ло ка льно й по гр е шно сти р е ше ни я за да ч и Ко ши –

это

ме то ды,

о сно ва нные

на

ко мб и на ци и пр и б ли ж е нных ме то до в по р ядка

p и

p +1.

Ка к и в пр е дыдущ е м пункте, два пр и б ли ж е нных зна ч е ни я р е ше ни я в о дно й

то ч ке

по зво ляю тпо луч и ть по гр е шно сть и нте гр и р о ва ни я ме то да

по р ядка

p .

Н о

вло же нные

ме то ды – это

та ки е

ме то ды,

в

ко то р ых ме то д

p -о го

по р ядка

по луч а е тся

ка к

“по б о ч ный

пр о дукт”

ме то да

p(+ )1 го

по р ядка .

Если

в

пр е дыдущ е м пункте

б р а ли сь два

са мо сто яте льных

ме то да

ти па

Рунге -Кутта

(4),(5), в ко то р ых ко эффи ци е нты α , β , pqi i о прij

е де ляли сь и з усло ви я ми ни мума

по гр е шно сти

на

ша ге , то во

вло же нно м ме то де

б е р е тся о ди н ме то д ти па Рунге -

Кутта по р ядка

p +1. Для это го ме то да выч и сляю тся не о б хо ди мые зна ч е ни я ki (h) и

с и х по мо щ ью

по дб и р а е тся но вый

пр и б ли ж е нный

ме то д по р ядка

p ,

ко то р ый,

е сте стве нно ,

уж е

не

ми ни ми зи р уе т по гр е шно сть на

ша ге и

в это м смысле

не

являе тся ме то до м Рунге -Кутта . Алге б р а

по луч е ни я

та ки х ме то до в до ста то ч но

гр о мо здка , о со б е нно

для ме то до в

по р ядка

p > 4 ,

о дна ко

за

1967-1969

го ды

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

И нгле ндо м,

Си нта ни и

Ф е льб е р го м б ыло

по луч е но

мно же ство

та ки х ме то до в.

Н и ж е пр и ве де ныпр о сте йши е

пр и ме р ывло же нных ме то до в.

 

 

За ме ч а ни е .

И но гда в

ка ч е стве

“по б о ч но го пр о дукта ” б е р ут ме то д

по р ядка

 

ме ньше ,

ч е м

p .

В

это м

случ а е

выч и сли те льные

фо р мулы

 

зна ч и те льно упр о щ а ю тся (см. пр и ме р 1).

 

 

Пр и ме р 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ста нда р тный ме то д Рунге -Кутта ч е тве р то го

по р ядка (32)

 

 

 

1 (

2

2

+ K4 ) +K 3

+K2=

K+1y 1

y 0

(117)

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по зво ляе то це ни тьме то д вто р о го

по р ядка

 

 

 

 

 

 

1

(

 

2

2 − K4 ).+K3

+K2 =− K 1+ y 1 y 0

2

 

 

 

 

 

 

 

Ко нтр о льный ч ле н за пи сыва е тся в ви де

 

2 (

 

 

 

3 K=4 ), K 1 EK2 K

 

3

 

 

 

 

 

 

 

и ме е тпо р ядо к O(h3 )

и и зве сте н ка к ко нтр о льный ч ле н Его р о ва .

Пр и ме р 2.

 

 

 

 

 

М е то д Рунге -Кутта тр е тье го

по р ядка (30)

1 (

 

4 + K3 ) +K2= K+1y 1 y 0

6

 

 

 

 

 

 

по зво ляе то це ни тьме то д вто р о го

по р ядка (20)

 

1

(

+ K=3 ). K+1y 1 y 0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Ко нтр о льный ч ле н и ме е тпо р ядо к O(h3 )

и за пи сыва е тся в ви де

1 (

 

 

2 + K1 3 )E.K2 =K

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

Пр и ме р 3.

 

 

 

 

 

Пяти ч ле нна я

фо р мула

ме то да

Рунге -Кутта ч е тве р то го

пр е дло же нна я М

е р со но м,

 

 

 

(118)

(119)

(120)

(121)

(122)

по р ядка ,

1

(

4 + K5 ),+K4= K+1y 1 y 0

(123)

6

 

 

 

где

( ,

),

 

æ

h

, y

Kç x

hf

è

2

4 0

 

 

 

 

 

 

37

æ

h

 

K

 

ö

æ

ç x hf , y

 

=+K

1

÷y, K+x hf Kç=x

è

3

0

3

ø0

21è

K

1

 

3

ö

 

æ

, y

 

h

 

-

 

=+÷,

+

ç

 

8

 

 

0 8

ø

 

è

 

0

 

по зво ляе то це ни тьме то д тр е тье го по р ядка

 

 

h

 

 

 

K

1

 

K

 

ö

 

 

hf , y

 

+

 

 

2=÷+,

+

 

6

 

 

0

 

3

0

3 0

0

6

ø

 

K

 

 

3

 

 

 

 

 

ö

 

 

 

 

1x0

 

hfKK3 3 +52K4

÷-, =+

(124)+

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

1

(

 

+ 23K5 )+. 4K4 +

K=3

+K 1 y

1 y 0

 

(125)

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ко нтр о льный ч ле н по р ядка O(h4 ) в да нно м случ а е за пи сыва е тся в ви де

 

1

(

 

 

 

82 - 9K=5 ).+K41 E -K3

K

 

 

 

(126)

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр и ме р 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ш е сти ч ле нна я фо р мула ме то да Рунге -Кутта

пято го

по р ядка ,

по стр о е нна я

И нгле ндо м,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(

+125K6 )+,

K1625+

K=4

35+K 1 y141

y (127)0

 

 

336

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

( ,

),

æ

 

ç x

 

 

 

è

 

(

 

,

 

æ

h

1

(

Kç x

hf ,

 

625

è

5

 

h

 

 

K

 

ö

 

æ

 

h

 

 

K

1

 

 

K

 

ö

 

 

 

 

 

hf , y

 

=+K

1

÷y, K+x hf Kç=x

hf , y

 

 

 

+

 

 

2=÷+,

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0

2

ø0

 

21è

0

2

0 3 0

4 0 4

ø

 

 

 

 

 

),

 

 

 

æ

 

2

 

7

 

 

10

 

 

 

 

 

 

1

 

K4

ö

(128)K2 +

K 1 +

y h0

 

 

2

 

ç

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

÷+,

=

 

 

 

3

27

 

 

27

 

 

 

27

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 378K5+)ø÷

,

 

 

54K4+

 

K3 -546

K2

-=K1251

+

да е то це нку для ме то да ч е тве р то го

по р ядка

 

 

 

 

 

 

1

(

4 + K4 ) +K 3=

K+1y 1

y 0

 

(129)

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в ви де ко нтр о льно го ч ле на по р ядка

O(h5 )

 

 

 

 

1

(

 

 

 

 

 

 

+125K6 )+. K1625-

K1 4-E= 21 K3-

(130)224K

42

336

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За ме ч а ни е .

 

М

е то ды, пр и ве де нные

в пр и ме р а х 1-4, по зво ляю туме ньши тьч и сло

 

 

 

о б р а щ е ни й

к пр а во й

ч а сти и схо дно го ур а вне ни я по

ср а вне ни ю

с

 

 

 

те м, ко то р о е

и ме е тме сто

пр и по льзо ва ни и пр а ви ло м Рунге :

 

 

 

 

пр и ме р 1 – ме то д вто р о го

по р ядка , ч е тыр е

о б р а щ е ни я вме сто пяти ;

 

 

 

пр и ме р 2 – ме то д вто р о го

по р ядка , тр и о б р а щ е ни я вме сто пяти ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр и ме р 3 – ме то д тр е тье го

по р ядка , пятьо б р а щ е ни й вме сто во сьми ;

 

 

 

 

 

 

 

 

пр и ме р 4

– ме то д ч е тве р то го

по р ядка ,

ше сть о б р а щ е ни й вме сто

 

 

 

 

 

 

 

 

о ди нна дца ти .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5. М ера п о греш но ст и

п ри б ли женно го реш ени я

 

 

 

 

 

В ыше

 

 

р а ссма тр и ва ли сь

пр а кти ч е ски е

спо со б ы

о це нки

гло б а льных

и

ло ка льных а б со лю тных по гр е шно сте й р е ше ни я, ко то р ые

ле ж а тв о сно ве мно ги х

а лго р и тмо в

по луч е ни я

пр и б ли ж е нных

р е ше ни й

с

на пе р е д

за да нно й

ве р хне й

гр а ни це й

 

по гр е шно сти .

Одна ко

б ыва ю т си туа ци и ,

ко гда за да ни е

а б со лю тных

по гр е шно сте й р е ше ни я не то лько

не р а зумно ,

но и пр и во ди тк пр и нци пи а льно й

не во змо жно сти

по луч е ни я

 

р е ше ни я на

да нно й

Э В М .

В

са мо м

де ле , пусть

до пусти ма я

 

а б со лю тна я по гр е шно сть

р а вна

 

 

10k ,

а

ма кси ма льно е

зна ч е ни е

р е ше ни я

10p . То гда

для

 

то го ,

ч то б ы тр е б уе ма я

то ч но сть б ыла

до сти гнута ,

ко ли ч е ство

и спо льзуе мых

 

пр и

выч и сле ни ях де сяти ч ных

зна ко в t

до лжно

удо вле тво р ятьне р а ве нству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

+ pt . k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(131)

 

Оч е ви дно , ч то

зна ч е ни е

 

 

t

мо же тпр е взо йти

дли ну р а зр ядно й се тки Э В М

и

выч и сле ни я ста нутне во змо жны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По до б ные

си туа ци и

 

не

во зни ка ю т,

 

 

ко гда

за да е тся

не

а б со лю тна я,

а

о тно си те льна я

по гр е шно сть

пр и б ли ж е нно го

р е ше ни я.

Одна ко

пр и

за да нно й

о тно си те льно й

по гр е шно сти

на до

сле ди ть,

ч то б ы пр и б ли же нно е

р е ше ни е

не

о б р а щ а ло сь в нуль,

ве р не е ,

 

ч то б ы пр и б ли ж е нно е

р е ше ни е не

по па да ло

в ма лую

о кр е стно стьнуля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б о ле е

 

 

 

ги б ки м

и нстр уме нто м,

ч е м

 

 

а б со лю тна я

и

о тно си те льна я

по гр е шно сти ,

 

являе тся ме р а

 

 

по гр е шно сти .

М

е р о й по гр е шно сти

пр и б ли ж е нно го

р е ше ни я на зыва е тся ди скр е тна я функци я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

) − y

 

 

 

 

y x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vn =

 

 

 

 

 

n

 

 

 

n

 

 

q p ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(132)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yn

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где q

не ко то р о е

по ло жите льно е ч и сло ,

выб и р а е мо е

с уч е то м о со б е нно сте й

р е ша е мо й за да ч и ; p = 0 пр и

 

yn

 

q ; p = 1 пр и

 

yn

 

> q .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л е гко ви де ть, ч то пр и

 

 

yn

 

£ q ме р а

по гр е шно сти Vn со впа да е тс а б со лю тно й

 

 

 

по гр е шно стью

пр и б ли ж е нно го

 

 

р е ше ни я,

а

 

пр и

 

 

yn

 

> q

– с

е е

взве ше нно й

 

 

 

о тно си те льно й по гр е шно стью .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За ме ч а ни е 1.

Н а пр а кти ке

и де я р а ссмо тр е ни я ме р ы по гр е шно сти

р е а ли зуе тся

 

сле дую щ и м о б р а зо м. Пусть ε

 

 

О т н )

( на) Аиб сб о льши е

до пусти мые

 

зна ч е ни я

 

 

 

 

а б со лю тно й

 

и

 

 

о тно си те льно й

по гр е шно сте й

 

со о тве тстве нно .

 

 

То гда

сч и та ю т,

ч то

ме р а

 

по гр е шно сти

 

удо вле тво р яе тза да нным тр е б о ва ни ям, е сли выпо лняе тся усло ви е

 

где

 

 

 

n

 

£

 

 

 

 

yn

 

 

+ μ ,ε

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(133)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

если

 

y

n

 

£ q,

 

 

 

ì0,( А б с)

, если

 

yn

 

 

 

£

q,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïε

 

 

 

 

 

 

 

(134)

 

ν = í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μ =

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yn

 

 

 

 

если

 

yn

 

> q.

 

 

 

 

0,

 

 

ïε (О т н ) , если

 

 

 

> q,

ï

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За ме ти м, ч то

 

 

е сли в не ко то р о й то ч ке

 

 

xn

ве р но

р а ве нство

 

yn

 

= 1,

то

 

 

 

 

о тно си те льна я и а б со лю тна я по гр е шно сти пр и б ли ж е нно го

 

р е ше ни я

в это й то ч ке

со впа да ю т. По это му ч а сто за да ю то дно

зна ч е ни е

ε (0)

и

пр о ве р яю твыпо лне ни е

 

усло ви я (133), где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

если

 

y

 

 

 

£ , 1

 

ì 0(,0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν = í

(0)

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

μ = íε

 

если,

 

 

yn

£ , 1

 

 

(135)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если,

 

 

yn

>

, 1

если

yn

 

. 1

 

0,

 

 

 

îε

 

 

 

 

î

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

За ме ч а ни е 2. O

пр и б ли же нно м р е ше ни и

с

на пе р е д

за да нным ч и сло м ве р ных

зна ко в.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть тр е б уе тся по стр о и ть пр и б ли ж е нно е р е ше ни е , и ме ю щ е е

m

ве р ных зна ко в

 

пр и за пи си

в

де сяти ч но й

си сте ме

сч и сле ни я.

Пр е дпо ло ж и м,

ч то

зна ч е ни е

yn

 

и ме е т по р ядо к

p ,

то гда

о но

пр е дста ви мо

в ви де

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

1

 

p 1

 

 

 

2

 

p

2

 

m

m−1

 

 

 

a1 ¹ ).0

+(

a...×

(136)+ 10+

a

× ...y + =a × 10

Н а по мни м,

ч то

 

ци фр а

ak

сч и та е тся

ве р но й, е сли

а б со лю тна я

по гр е шно сть не

 

пр е во схо ди т

110 pk .

Если

мы хо ти м

и ме ть

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ве р ных

зна ко в, то

не о б хо ди мо

по тр е б о ва ть,

ч то б ы а б со лю тна я

 

 

 

 

 

 

по гр е шно стьпр и б ли же нно го

р е ше ни я удо вле тво р яла не р а ве нству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( n ) − yn

 

 

 

y

1

10 pm

 

 

 

 

(137)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр и это м о тно си те льна я по гр е шно стьне б уде тза ви се тьо тпо р ядка

 

 

 

 

 

 

p :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( n ) − yn

 

 

 

y

 

1x

101−m

 

 

 

 

(138)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yn

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И та к,

ч то б ы на йти

пр и б ли ж е нно е

р е ше ни е с

ве р ными зна ка ми ,

 

 

 

 

 

 

нуж но

 

 

и ска ть зна ч е ни е

 

 

 

ша га

и нте гр и р о ва ни я и з усло ви я (138) и

 

 

 

 

 

 

пр и это м сле ди ть, ч то б ы yn

не о б р а ти ло сьв нуль

 

 

 

 

 

 

4.6. Сп о со б ы

о ценк и

п о греш но ст и

п ри б ли женно го реш ени я си ст ем

 

 

 

 

 

 

ура внени й.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Та к ж е

 

 

ка к и са ми ме то дыти па Рунге -Кутта , по луч е нные в 2.1 для

о дно го

ди ффе р е нци а льно го

 

 

 

ур а вне ни я,

 

пр а кти ч е ски е

спо со б ы о це нки

и х

по гр е шно сти

ле гко

 

 

пе р е но сятся

 

на

 

 

 

случ а й

р е ше ни я

си сте м о б ыкно ве нных

ди ффе р е нци а льных

ур а вне ни й. Пусть ч и сле нно

р е ша е тся

си сте ма

ур а вне ни й

(501) ка ки м-ли б о

ме то до м ти па Рунге -Кутта (502).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Апо сте р и о р на я о це нка гло б а льно й по гр е шно сти по

пр а ви лу Рунге .

 

 

В ыпи ше м по ко мпо не нтно о це нки по гр е шно сти , а на ло ги ч ные (307),(308):

 

 

 

 

i

i

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

=

,...,M 2,−1

i ),− =2/ 1

1/(− )y

y (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

i

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i

s

 

 

 

 

 

 

 

 

=

,...,M−2, 1

i

−),= 1 2 /(− )y

y (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зде сь ч е р та на д о б о зна ч е ни ями являе тся не

си мво ло м ве кто р а , а ста ви тся в зна к

то го , ч то р е ше ни е (и ли по гр е шно сть) по луч е но

с ша го м h.

 

 

 

 

 

 

Н

а и б о ле е

ч а сто

 

 

сч и та ю т,

ч то

 

 

 

для

гло б а льно й

по гр е шно сти

р е ше ни я

до сти га е тся

не ко то р а я то ч но сть

ε ,

 

 

 

е сли

эта

то ч но сть до сти гнута

для

все х

ко мпо не нтр е ше ни я:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ni

 

 

≤ ε

=

 

 

R M .

 

 

 

 

,...i ,

2, 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y ( R)x y ( R)x

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]