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ルンゲクッタ法(4次,2階常微分方程式)
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常微分方程式
2階常微分方程式 y’’=F(x,y,y’)の解 y=f(x)を4次のルンゲクッタ法で求めます。初期条件 y0=f(x0),y’0=f’(x0)でxを x0≦x≦xnの範囲で求めます。
\(\normalsize y''=F(x,y,y')\hspace{30px} y_0=f(x_0),\ y'_0=f'(x_0) \rightarrow\ y=f(x)\\\)
F(x,y,p(=y'))
x
0
初期条件
y
0
=f(x
0
) 初期条件
y'
0
=p
0
=f'(x
0
) 初期条件
x
n
x
0
≦x≦x
n
[ n
10
20
50
100
200
500
]
分割数
6桁
10桁
14桁
18桁
22桁
26桁
30桁
34桁
38桁
42桁
46桁
50桁
\(\normalsize Runge-Kutta\ method\\
(1)\ y''=F(x,y,y')\hspace{30px} p=y',\ y_0=f(x_0),\ y'_0=f'(x_0) \rightarrow\ y=f(x)\\
(2)\ p_{n+1}=p_n+{\large\frac{1}{6}}(j_1+2j_2+2j_3+j_4)+{\small O}(h^5)\\\\
\hspace{25px} y_{n+1}=y_n+{\large\frac{1}{6}}(k_1+2k_2+2k_3+k_4)+{\small O}(h^5)\\\\
\hspace{25px} j_1=hF(x_n,\ y_n,\ p_n)\\
\hspace{25px} k_1=h \cdot p_n \\
\hspace{25px} j_2=hF(x_n+{\large\frac{h}{2}},\ y_n+{\large\frac{k_1}{2}},\ p_n+{\large\frac{j_1}{2}})\\
\hspace{25px} k_2=h ( p_n + {\large\frac{j_1}{2}} )\\
\hspace{25px} j_3=hF(x_n+{\large\frac{h}{2}},\ y_n+{\large\frac{k_2}{2}},\ p_n+{\large\frac{j_2}{2}})\\
\hspace{25px} k_3=h ( p_n + {\large\frac{j_2}{2}} )\\
\hspace{25px} j_4=hF(x_n+h,\ y_n+k_3,\ p_n+j_3)\\
\hspace{25px} k_4=h ( p_n + j_3)\\
\)
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