情報処理及び演習 <水曜4限;T3クラス(塚田・藤本 担当)>


おまけ解説

今日の演習について,若干の解説を記す。
ただし,なぜこのようなアルゴリズムで解が求まるのか,勉強しておいてください。
課題: 強制振動の方程式を,Runge-Kutta(4次)法で数値的に解くこと

ただし,

初期条件:

t=0〜150まで適当な時間刻み h で順次数値解をもとめる。


前処理: 1階常微分方程式への変換

常微分方程式の数値解法は,1階の常微分方程式を基本としている。
したがって,上の2階の方程式を, まず,1階の連立常微分方程式の形に変換しなければならない。

変換はいろいろ考えられるであろうが,

とおくのが最も一般的である。 そうすると,上の式は次のような形に書きなせる。


ルンゲクッタの4次公式

2連の常微分方程式

を数値的に解く,つまり,t のある時点 tn における xnyn の値があたえられたとき,
h だけ進んだつぎの tn+1 = tn+h の時点の値 xn+1yn+1 は, つぎの式で近似的に計算できる。


これが,ルンゲクッタの4次公式である。
精度良く計算するためには,時間刻みhはあまり大きくとれない。


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平成15年12月03日更新