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欧拉法

 

   欧拉(Euler)法是解常微分方程初值问题

                                              (9.1)

最简单的数值方法,其具体做法是,将区间[a,b]N等分:

,步长.并将式(9.1)写成等价的积分形

                         (9.2)

再对式(9.2)右端积分用左矩形公式计算,则有

       ,              (9.3)

在式(9.3)右端取,舍去余项。则得

,

作为的近似值。

在式(9.3)右端取,舍去余项,则得

作为的近似值.

一般地,在式(9.3)右端取舍去余项,则得

                               (9.4)

作为的近似值.式(9.4)为欧拉法计算公式.

我们知道微分方程的解是平面上的一族积分曲线,这族曲线中过点的积分曲线就是初值问题式(9.1)的解.

欧拉法的几何意义是,过点引斜率为的积分曲线的切线,此切线与直线的交点为,再过点引以为斜率的切线与直线的交点为,依此类推,从出发,作以为斜率的切线,此切线与直线交点为.于是便得到过点的一条折线,见图1.过的积分曲线则用此折线来代替.因此,这种方法亦称折线法

                                      图1

现在讨论欧拉法的误差。在式(9.4)中当以为精确解时,则

                                            

称为欧拉法的局部截断误差。

n=0的牛顿-柯特斯公式余项得

                            
或简记为                                                        (9.5)

相关算法: 全区间积分的定步长欧拉方法

例1   用欧拉法求初值问题

的解.

  

代人欧拉法公式(9.4),则得

具体计算结果如表1所示:

表1

,             

0

1

2

3

4

5

0              1.000 0

0.02           0.992 0

0.04           0.965 0

0.06           0.949 9

0.09           0.933 6

0.10           0.919 2

1.000 0

0.992 5

0.966 0

0.950 3

0.935 4

0.921 3

综上所述可得欧拉法计算简便,但截断误差较大,所得数值解精度不高。
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