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定步长四阶经典公式 解决数值积分
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作者:
2744557306
时间:
2023-12-23 16:43
标题:
定步长四阶经典公式 解决数值积分
"定步长四阶经典公式"通常指的是数值积分中的四阶Runge-Kutta方法。这是一种常用的数值解常微分方程(ODE)的方法,其主要思想是通过逐步逼近来估计微分方程的解。
0 L% [" i! e. T+ @2 f
定步长四阶经典公式是Runge-Kutta方法的一种,其中最常见的是经典的四阶Runge-Kutta方法。对于一个一阶常微分方程
/ ?* n$ ~' c T! q
[\frac{dy}{dt} = f(t, y)]
/ o5 S; G+ h. J* v! b
这个方法的迭代公式如下:
$ W. g5 O! ~1 P3 Y- N) _
[k1 = h \cdot f(tn, yn)]
- {* X. }5 D7 R; u) C5 b5 o, n4 d
[k2 = h \cdot f(tn + \frac{h}{2}, yn + \frac{k1}{2})]
9 o8 P5 R6 h" G) J5 X: I: R) u
[k3 = h \cdot f(tn + \frac{h}{2}, yn + \frac{k2}{2})]
. S: l' i- s' ] W; m
[k4 = h \cdot f(tn + h, yn + k_3)]
" l5 }6 O* r) a7 G3 b
[y{n+1} = yn + \frac{1}{6}(k1 + 2k2 + 2k3 + k4)]
2 Y6 B& ?: O V$ T6 B
其中,(tn) 是当前时间步,(yn) 是当前的解,(h) 是步长,(f(t, y)) 是微分方程右侧的函数。
2 u: ]6 j8 C# t9 {$ R: j
这个方法的精度相对较高,因为它使用了函数 (f(t, y)) 在一个步长内的多个点上的信息。四阶Runge-Kutta方法在许多情况下被广泛应用,因为它相对简单且相对高效。
%四阶经典公式,微分方程为f.m
; U' Q/ r, b3 d- k- g9 k! K" q
9 n3 k9 T( U+ Z9 L3 u
if exist('f.m')==0 %在星号处输入文件名(把星号改为文件名)
0 _; h5 W/ W6 y. z0 r. f* @5 M
disp('没有为方程创建名为f.m的函数文件,请参照下例建立它');
, W+ i6 p; P i( W* F# c
disp('function z=f(x,y)');
; X X! J7 a) x, ^: Y' V8 c
disp('z=y-2*x/y;');
8 r5 L5 G: [2 J1 d% ^# F
disp('并将该文件保存在work文件夹下');
3 P ^3 b3 a* h/ B4 T- W& s' N
end
/ P, ~4 x& r" ]( P. p8 t
6 i M7 n l: m, S
X1=input('请输入求解区间的左端点X1=');
$ n$ A" j- ^8 h& P
Y1=input('请输入微分方程的初始条件Y1=(X=X1时Y的值)');
" D. p, ?2 B* Q
Xn=input('请输入求解区间的右端点Xn=');
% E7 W, I* t- q
h=input('请输入求解步长h=');
) t9 k. c U- K: l1 a; e
5 C% W) k. i$ S) x- U7 e
X=X1;
( o" B2 a9 ~! \* H J# k, a
Y=Y1; %运算初始点
* y I$ @: t7 t3 m/ [
n=0; %节点序号变量置零
4 D& C5 ]5 E/ [6 e& m9 g0 u5 m. H- b# T
& D* I0 Z" m3 Y, s: n) O3 c" p
while X<=Xn-h
I- V( Z% G7 Z+ ~
K1=f(X,Y);
% g9 n/ k, q s
K2=f(X+h/2,Y+K1*h/2);
, a& A9 n. d) @7 y! g( ?8 Y# |
K3=f(X+h/2,Y+K2*h/2);
0 y! d- k4 e5 L, |: O
K4=f(X+h,Y+K3*h);
1 `- _( r- }) X ~8 c0 r
X=X+h;
A# L0 v, `/ l9 J3 f( Q
Y=Y+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6; %四阶标准的龙格-库塔公式
" F* D# J; Q) s& [5 [
n=n+1; %节点序号加1
' ~8 A8 g$ T/ p6 T3 _
- Z$ ~! m1 [9 @: s8 T' N: f* n7 [
fprintf('第%d个点的计算结果为X=%10.8f,Y=%10.8f\n',n,X,Y);
/ [& d3 B+ G* g( }
plot(X,Y,'o')
! E @+ m2 }% y
hold on
. v. m+ d& f1 j" t% B
end
复制代码
function z=f(x,y)
, d% S* l& M$ Q
z=y-2*x/y;
复制代码
+ E; d6 H3 D' h/ C
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2023-12-23 16:42 上传
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