微分方程的本質特征是方程中含有導數項,數值解法的第一步就是設法消除其導數值,這個過程稱為離散化。實現離散化的基本途徑是用向前差商來近似代替導數,這就是歐拉算法實現的依據。歐拉(Euler)算法是數值求解中最基本、最簡單的方法,但其求解精度較低,一般不在工程中單獨進行運算。所謂數值求解,就是求問題的解y(x)在一系列點上的值y(xi)的近似值yi。對于常微分方程:
dy/dx=f(x,y),x∈[a,b]
y(a)=y0
可以將區間[a,b]分成n段,那么方程在第xi點有y'(xi)=f(xi,y(xi)),再用向前差商近似代替導數則為:(y(xi+1)-y(xi))/h= f(xi,y(xi)),在這里,h是步長,即相鄰兩個結點間的距離。因此可以根據xi點和yi點的數值計算出yi+1來:
yi+1= yi+h*f(xi ,yi),i=0,1,2,L
這就是歐拉格式,若初值yi+1是已知的,則可依據上式逐步算出數值解y1,y2,L。
為簡化分析,人們常在yi為準確即yi=y(xi)的前提下估計誤差y(xi+1)-yi+1,這種誤差稱為局部截斷誤差。
如果一種數值方法的局部截斷誤差為O(h^(p+1)),則稱它的精度是p階的,或稱之為p階方法。歐拉格式的局部截斷誤差為O(h^2),由此可知歐拉格式僅為一階方法。
歐拉公式
y(xi+1)=yi+h*f(xi,yi)
且xi=x0+i*h (i=0,1,2,…,n-1)
局部截斷誤差是O(h^2)
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