Решение дифференциального уравнения методом Рунге-Кутта четвертого порядка - Pascal
Формулировка задачи:
Решить дифференциальное уравнение
y'-(y/x) = x*sin(x)
X принадлежит [пи/2;пи/2 + 1]
y(пи/2)= пи
y= 2x-x*cos(x)
Решение задачи: «Решение дифференциального уравнения методом Рунге-Кутта четвертого порядка»
textual
Листинг программы
program RungeKutta4;
function f(x, y: real): real;
begin
f := x * sin(x) + y / x;
end;
function Yetalon(x: real): real;
begin
Yetalon := 2 * x - x * cos(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;
Tprint: real;
begin
t := t0;
y := y0;
if Nprint > 0 then
begin
Tprint := 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 + h) <= (tfin + h / 2) do
begin
RungeKutta4Step(t, y, h);
if (Nprint > 0) and (abs(t - Tprint) < h / 2) then
begin
writeln(t: 12: 5, y: 12: 5, Yetalon(t): 12: 5);
Tprint := Tprint + (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 = Pi / 2;
b = Pi / 2 + 1;
Ya = Pi;
Eps = 0.01;
Nprint = 10;
var
yfin: real;
begin
writeln('Решение с фиксированным шагом ', (b - a) / Nprint: 0: 5);
RungeKutta4(a, b, (b - a) / Nprint, Ya, yfin, Nprint);
writeln('Решение с заданной точностью Eps=', Eps: 0: 5);
Differ(a, b, Ya, Eps, Nprint);
end.
Объяснение кода листинга программы
- Объявление функции f с аргументами x и y, возвращающей значение типа real
- Определение функции f как x * sin(x) + y / x
- Объявление функции Yetalon с аргументом x, возвращающей значение типа real
- Определение функции Yetalon как 2 x - x cos(x)
- Объявление процедуры RungeKutta4Step с аргументами t, y, h типа real и переменными k1, k2, k3, k4 типа real
- Запись k1, k2, k3, k4 по формулам метода Рунге-Кутта
- Изменение значения y и t в соответствии с методом Рунге-Кутта
- Объявление процедуры RungeKutta4 с аргументами t0, tfin, h, y0 типа real и переменной yfin типа real
- Инициализация переменных t и y
- Вывод на экран х и y, если Nprint больше нуля
- Выполнение цикла для вычисления значений методом Рунге-Кутта и вывода результатов, если Nprint больше нуля
- Объявление процедуры Differ с аргументами t0, tfin, y0 типа real, eps типа real и Nprint типа integer
- Вычисление значения h, y1 и y2, используя метод Рунге-Кутта
- Повторение вычислений при делении шага на 2 и сравнении результатов с заданной точностью
- Вызов метода Рунге-Кутта с целью достижения заданной точности
- Объявление констант и переменных
- Вывод на экран результатов вычислений с фиксированным шагом и с заданной точностью, используя метод Рунге-Кутта.