Известно, что уравнение задает в некоторой области поле направлений. Решение этого уравнения с некоторыми начальными условиями дает кривую, которая касается поля направлений в любой точке.
Если взять последовательность точек х 0, х 1, х 2, …. и заменить на получившихся отрезках интегральную кривую на отрезки касательных к ней, то получим ломаную линию (рис. 11.1).
При подстановке заданных начальных условий (х 0, у 0 ) в дифференциальное уравнение получаем угловой коэффициент касательной к интегральной кривой в начальной точке
.
Заменив на отрезке [ x 0, x 1 ] интегральную кривую на касательную к ней, получаем значение
.
Производя аналогичную операцию для отрезка [ x 1, x 2 ], получаем:
.
Продолжая подобные действия далее, получаем ломаную кривую, которая называется ломаной Эйлера.
Можно записать общую формулу вычислений:
.
Если последовательность точек хi выбрать так, чтобы они отстояли друг от друга на одинаковое расстояние h, называемое шагом вычисления, то получаем формулу:
|
|
Следует отметить, что точность метода Эйлера относительно невысока. Увеличить точность можно, конечно, уменьшив шаг вычислений, однако, это приведет к усложнению расчетов. Поэтому на практике применяется так называемый уточненный метод Эйлера или формула пересчета.
Суть метода состоит в том, что в формуле вместо значения берется среднее арифметическое значений f (x 0, y 0 ) и f (x 1, y 1 ). Тогда уточненное значение:
Затем находится значение производной в точке . Заменяя f (x 0, y 0 ) средним арифметическим значений f (x 0, y 0 ) и , находят второе уточненное значение у 1:
,
Затем третье:
,
и т.д. пока два последовательных уточненных значения не совпадут в пределах заданной степени точности. Тогда это значение принимается за ординату точки М 1 ломаной Эйлера.
Аналогичная операция производится для остальных значений у.
Подобное уточнение позволяет существенно повысить точность результата.