1階微分方程式


  「基礎数学演習」(共立出版)p121〜p132を参照        
解析的方法では厳密に解けるがそのような例は少数で,特殊な変数変換をして変数を分離するなどの技法が要る。一方 数値的方法は近似解ではあるが,方程式・初期値を取り替えるだけで解けることが多く,また非線形の場合も含め適用が広い。
   f(x,y)=y' とし h=Δx k=Δy/h  と定義する。h を与え初期値 x0, y0 より f(x、y), k, y=y+k・h を順に計算していく。
  1. Euler法       k=f(x,y)
  2. Heun法       k=(k1+k2)/2 
                  k1=f(x,y) 
                                k2=f(x+h,y+hk1) 
  3. RungeKutta法  k=(k1+2k2+2k3+k4)/6
                                k1=f(x,y)
                                k2=f(x+h/2,y+hk1/2)
                                k3=f(x+h/2,y+hk2/2) 
                                k4=f(x+h,y+hk3)

      サンプル   次は2階微分方程式

[課題]         
@ 次の微分方程式を0≦x≦2の範囲で解き解析解と比較せよ。  p127 問31
  (1) y'−y=x       x=0 で y=1
  (2) x2y'+ y=1    x=1 で y=0
  (3) y'+3y=5     x=0 で y=0
   (4) y'+ y=0        x=0 で y=1
  (5) y'+x2=1     x=0 で y=-1 
A  Freedmann の方程式を解析解を求めグラフを描く。 Λ=0 k=−1,0,1
B  Freedmann の方程式を数値解を求めグラフを描く。 サンプル