1階微分方程式
「基礎数学演習」(共立出版)p121〜p132を参照
解析的方法では厳密に解けるがそのような例は少数で,特殊な変数変換をして変数を分離するなどの技法が要る。一方
数値的方法は近似解ではあるが,方程式・初期値を取り替えるだけで解けることが多く,また非線形の場合も含め適用が広い。
f(x,y)=y' とし h=Δx k=Δy/h と定義する。h を与え初期値 x0, y0
より f(x、y), k, y=y+k・h を順に計算していく。
- Euler法 k=f(x,y)
- Heun法 k=(k1+k2)/2
k1=f(x,y)
k2=f(x+h,y+hk1)
- RungeKutta法 k=(k1+2k2+2k3+k4)/6
k1=f(x,y)
k2=f(x+h/2,y+hk1/2)
k3=f(x+h/2,y+hk2/2)
k4=f(x+h,y+hk3)
サンプル 次は2階微分方程式
[課題]
@ 次の微分方程式を0≦x≦2の範囲で解き解析解と比較せよ。 p127 問31
(1) y'−y=x x=0 で y=1
(2) x2y'+ y=1 x=1 で y=0
(3) y'+3y=5 x=0 で y=0
(4) y'+ y=0 x=0 で y=1
(5) y'+x2=1 x=0 で y=-1
A Freedmann の方程式を解析解を求めグラフを描く。 Λ=0 k=−1,0,1
B Freedmann の方程式を数値解を求めグラフを描く。 サンプル