Метод Рунге-Кутта 4 порядка точности - Pascal
Формулировка задачи:
Уважаемые помогите решить задачу Коши для обыкновенного дифференциального уравнения y' =f(x, y) на промежутке [a, b] методом Рунге–Кутта четвертого порядка точности. f(x, y) = y + cos x –sin x, y(a) = 1, a = 0, b = 1.
Точное решение задачи: y(x) = e^x + sin x.
как все связать вместе не знаю. выручайте
{nmax максимальное число возможных уравнений
x независимая переменная
y вектор зависимых переменных (искомое решение)
f вектор правых частей
a начальное значение зависимой переменной
b конечное значение независимой переменной
h шаг интегрирования = (b-a)/10
}
const
nmax=8;
type
vec=array[1..nmax] of real;
var
h,a,b,:real;
procedure der(x:real;y:vec; var f:vec);
begin
{вектор правых частей};
end;
procedure rk4(n: integer; x, h: real; var y: vec); {готовая процедура метода Рунге-Кутта}
var i, j: integer;
h1, h2, q: real;
y0, y1, f: vec;
begin h1 := 0;
h2 := h1/2;
for i := 1 to n do begin
y0[i] := y[i];
y1[i] := y[i];
end;
for j := 1 to 4 do begin
der(x+h1,y,f);
if j = 3 then h1 := h else h1 := h2;
for i := 1 to n do begin
q := h1*f[i];
y[i] := y0[i] + q;
if j = 2 then q := 2*q;
y1[i] := y1[i] + q/3;
end ;
end;
for i := 1 to n do y[i] := y1[i];
end;
Процесс заканчивается по достижению верхней границы например:
while x<b+0.00001 do begin
rk4(1,x,h,y);
x:=x+h;
end;Решение задачи: «Метод Рунге-Кутта 4 порядка точности»
textual
Листинг программы
program RungeKutta4;
function f(x, y: real): real;
begin
f := y + cos(x) - sin(x);
end;
function Yetalon(x: real): real;
begin
Yetalon := exp(x) + sin(x);
end;
procedure RungeKutta4Step(var t, y: real; h: real);
var
k1, k2, k3, k4: real;
begin
k1 := f(t, y);
k2 := f(t + (h / 2), y + k1 * (h / 2));
k3 := f(t + (h / 2), y + k2 * (h / 2));
k4 := f(t + h, y + k3 * h);
y := y + (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) * h / 6;
t := t + h;
end;
procedure RungeKutta4(t0, tfin, h, y0: real; var yfin: real; Nprint: integer);
var
t: real;
y: real;
Xprint: real;
begin
t := t0;
y := y0;
if Nprint > 0 then
begin
Xprint := t + (tfin - t0) / Nprint;
writeln('x': 9, 'y': 12, 'Yetalon': 15);
writeln(t: 12: 5, y: 12: 5, Yetalon(t): 12: 5);
end;
while t <= tfin do
begin
RungeKutta4Step(t, y, h);
if (Nprint > 0) and (t >= Xprint) then
begin
writeln(t: 12: 5, y: 12: 5, Yetalon(t): 12: 5);
Xprint := Xprint + (tfin - t0) / Nprint;
end;
end;
yfin := y;
end;
procedure Differ(t0, tfin, y0: real; eps: real; Nprint: integer);
var
h: real;
y1, y2: real;
begin
if Nprint <= 0 then
exit;
h := (tfin - t0) / Nprint;
RungeKutta4(t0, tfin, h, y0, y2, 0);
repeat
y1 := y2;
h := h / 2;
RungeKutta4(t0, tfin, h, y0, y2, 0);
until abs(y2 - y1) < eps;
RungeKutta4(t0, tfin, h, y0, y2, Nprint);
end;
const
a = 0;
b = 1;
Ya = 1;
Eps = 0.1;
Nprint = 10;
begin
Differ(a, b, Ya, Eps, Nprint);
end.
Объяснение кода листинга программы
- Объявляются 2 функции:
- названия и значения переменных:
f(x, y: real): возвращает значение функции y + cos(x) - sin(x)Yetalon(x: real): возвращает значение функции exp(x) + sin(x)
- названия и значения переменных:
- Объявляется процедура
RungeKutta4Step, которая принимает на вход переменныеt, y, hи вычисляет значенияk1, k2, k3, k4и обновляет переменныеyиtпо формуле метода Рунге-Кутта 4 порядка. - Объявляется процедура
RungeKutta4, которая вычисляет приближенное решение ОДУ методом Рунге-Кутта 4 порядка.- В данной процедуре происходит цикл, в котором вызывается процедура
RungeKutta4Stepдля каждого шага, и происходит вывод результатов вычислений.
- В данной процедуре происходит цикл, в котором вызывается процедура
- Объявляется процедура
Differ, которая реализует процесс уточнения решения до заданной точности. Используется метод половинного деления шага. - Задаются константы для использования в программе:
- названия и значения переменных:
a = 0: начальный момент времениb = 1: конечный момент времениYa = 1: начальное значение функцииEps = 0.1: заданная точностьNprint = 10: количество точек для печати результатов
- названия и значения переменных:
- Вызывается процедура
Differс передачей заданных значений констант в качестве параметров.