龍格庫塔法的基本原理

2021-08-16 04:37:29 字數 661 閱讀 3610

龍格庫塔法的基本原理

該演算法是構建在數學支援的基礎之上的。對於一階精度的拉格朗日中值定理有:

對於微分方程:y'=f(x,y)

y(i+1)=y(i)+h*k1

k1=f(xi,yi)

當用點xi處的斜率近似值k1與右端點xi+1處的斜率k2的算術平均值作為平均斜率k*的近似值,那麼就會得到二階精度的改進拉格朗日中值定理:

y(i+1)=y(i)+[h*( k1+ k2)/2]

k1=f(xi,yi)

k2=f(x(i)+h,y(i)+h*k1)

依次類推,如果在區間[xi,xi+1]內多預估幾個點上的斜率值k1、k2、……km,並用他們的加權平均數作為平均斜率k*的近似值,顯然能構造出具有很高精度的高階計算公式。經數學推導、求解,可以得出四階龍格-庫塔公式,也就是在工程中應用廣泛的經典龍格-庫塔演算法:

y(i+1)=y(i)+h*( k1+ 2*k2 +2*k3+ k4)/6

k1=f(x(i),y(i))

k2=f(x(i)+h/2,y(i)+h*k1/2)

k3=f(x(i)+h/2,y(i)+h*k2/2)

k4=f(x(i)+h,y(i)+h*k3)

通常所說的龍格-庫塔法是指四階而言的,我們可以仿二階、三階的情形推導出常用的標準四階龍格-庫塔法公式

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