第16节欧拉方法分析解析
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欧拉法精度
欧拉法是一种数值解微分方程的方法。
它的基本思想是将微分方程中的导数用差分代替,然后通过不断迭代来逼近真实的解。
欧拉法虽然简单易懂,但是精度相对较低,在计算比较复杂的微分方程时需要使用更加高级的数值方法。
欧拉法的精度主要取决于时间步长和导数的变化率。
时间步长越小,迭代次数越多,精度也就越高。
导数变化率越小,欧拉法的精度也就越高。
但是,过小的时间步长会导致计算量大,而过小的导数变化率会使得计算结果偏差较大。
欧拉法的精度可以通过以下公式计算:
误差=(max|y(τ)-y(τ_n)| x h)/2
其中,y(τ)表示真实的解,y(τ_n)表示欧拉法计算的解,h表示时间步长。
例如,对于一个微分方程 y' = -2y + 4,初始条件 y(0) = 1,欧拉法的计算公式为:
y_n+1 = y_n + h(-2y_n + 4)
其中,y_n表示上一个时间步长的解,y_n+1表示当前时间步长的解。
将时间步长设为0.1,可以得到以下数据:
时间(t)y(t)欧拉法计算值(yn)精度(误差)
0 1 1
0.1 1.8 1.2 0.16
0.2 2.44 1.56 0.26
0.3 2.952 2.048 0.35
0.4 3.3616 2.6704 0.44
从上表可以看出,随着时间步长的增加,欧拉法的精度也在下降。
在时间步长为0.1时,误差仅为0.16,在时间步长为0.4时,则已经快速增加到了0.44。
直观理解欧拉公式欧拉的身份似乎莫名其妙:它来自一个更通用的公式:)sin()cos(x i x e i +=πYowza ——我们将一个虚指数与正弦和余弦联系起来!并以某种方式插入 pi 给出 -1?这可能是直观的吗?不是根据 1800 年代数学家 Benjamin Peirce 的说法:● 这绝对是自相矛盾的;我们无法理解它,我们不知道它的含义,但我们已经证明了它,因此我们知道它一定是真理。
啊啊啊,这态度让我热血沸腾!公式不是需要记住的魔法:我们必须,必须,必须找到洞察力。
这是我的:欧拉公式描述了两种等价的圆周运动方式。
就是这样?这个惊人的方程式是关于旋转的?是的——我们可以通过一些类比来理解它:● 从数字 1 开始,将乘法视为改变数字的变换:πi e•1● 规则指数增长在一段时间内以某种速度持续增加1;虚指数增长在一段时间内连续旋转1● 为“pi ”单位时间增长意味着围绕圆圈旋转pi 弧度 ● 所以,πi e•1 意味着从 1 开始并旋转 pi (绕一圈的一半)到 -1这是高级视图,让我们深入了解细节。
顺便说一句,如果有人试图给你留下深刻印象,向他们询问i 的i 次幂。
如果他们想不通,欧拉公式对他们来说仍然是一个神奇的咒语。
更新:在写作时,我认为可能有助于更清楚地解释这些想法:理解 cos(x) + i * sin(x)1-=πi e 1-=πi e等号过载。
有时我们的意思是“将一件事设置为另一件事”(例如x = 3),而其他人的意思是“这两件事描述相同的概念”(例如√−1=i)。
欧拉公式是后者:它给出了两个公式来解释如何做圆周运动。
如果我们使用三角函数检查圆周运动,并以x 弧度移动:●cos(x) 是x 坐标(水平距离)●sin(x) 是y 坐标(垂直距离)该声明cos(x) + i sin(x)是一种将x 和y 坐标粉碎成单个数字的巧妙方法。
类比“复数是二维的”帮助我们将单个复数解释为圆上的位置。
欧拉法的原理范文欧拉法是一种用于数值解微分方程的方法,它由瑞士数学家欧拉(Leonhard Euler)在18世纪中期提出。
欧拉法是一种基本的数值解法,它利用微分方程中的导数来逼近真实函数的值。
欧拉法的原理可以通过一个简单的一阶微分方程来说明。
考虑一个一阶常微分方程dy/dx = f(x, y),其中f(x, y)是一个已知的函数,假设我们要求解在给定初始条件下的微分方程,即要求解y(x0) = y0,其中x0是给定的初始点,y0是给定的初始值。
为了使用欧拉法求解这个微分方程,我们可以从初始点开始,逐步迭代地计算出下一个点的值,以此来逼近整个函数的值。
具体步骤如下:1.将初始点的坐标设为(x0,y0),将其作为欧拉法的起点。
2.选取一个步长h,这个步长表示每次迭代的间隔。
3.计算在当前点的斜率,即f(xn, yn),这里xn和yn是当前点的坐标。
4.根据斜率计算下一个点的值:xn+1 = xn + h,yn+1 = yn +h*f(xn, yn)。
5.重复前面的步骤,直到达到所需的迭代次数或达到所需的精度。
通过使用欧拉法,我们可以逐步逼近微分方程的解,从而得到一个近似的函数曲线。
欧拉法的优点是简单易懂、易于实现,但是它也存在一些缺点。
其中一个主要的缺点是精度不高,它的逼近误差会随着步长的增加而增加。
此外,欧拉法在处理一些特殊的微分方程时可能会出现数值不稳定的问题。
为了减小误差,可以采用自适应步长的技术,即根据每个步长的精度要求来动态调整步长。
此外,还可以使用更高阶的数值方法,如改进的欧拉法或龙格-库塔法,这些方法可以提高数值逼近的精度。
总结起来,欧拉法是一种基本的数值解微分方程的方法,它通过逐步逼近微分方程的解,从而得到一个近似的曲线。
尽管欧拉法存在一些缺点,但它仍然是一种重要的数值方法,可以用于求解一系列的微分方程问题。
欧拉方程的求解1.引言在数学研究领域,我们经常会看到以数学家名字命名的概念、公式、定理等等,让人敬佩跟羡慕.但是,迄今为止,哪位数学家的名字出现得最多呢?他就是数学史上与阿基米德、牛顿、高斯齐名的“四杰”之一,人称“分析学的化身”的盲人数学家欧拉(Leonhard Euler,1707--1783).几乎在每一个数学领域都可以看到他的名字,譬如我们熟悉的“欧拉线”、“欧拉圆”、“欧拉公式”、“欧拉定理”、“欧拉函数”、“欧拉积分”、“欧拉变换”、“欧拉常数”欧拉还是许多数学符号的发明者,例如用π表示圆周率、e 表示自然对数的底、()f x 表示函数、∑表示求和、i 表示虚数单位以欧拉命名的数学名词有很多,本文主要讲解以欧拉命名的方程即“欧拉方程”.在文献[1]中,关于欧拉方程的求解通常采用的是变量变换的方法.变量变换法就是将所求的欧拉方程化为常系数齐次线性微分方程,然后再来求解这个常系数齐次线性微分方程的解,亦即求其形如K y x =的解,进而求得欧拉方程的解.但有些欧拉方程在用变量变换法求解时比较困难.本文在所学的欧拉方程的求解的基础上,对欧拉方程进行了简单的分类,并针对不同阶的欧拉方程的求解给出了不同的定理.最后在每类欧拉方程后面给出了典型的例题加以说明.2.几类欧拉方程的求解定义1 形状为()1(1)110n n n n n n y a x y a xy a y x ---'++++= (1)的方程称为欧拉方程. (其中1a ,2a ,,1n a -,n a 为常数)2.1二阶齐次欧拉方程的求解(求形如K y x =的解)二阶齐次欧拉方程: 2120x y a xy a y '''++=. (2) (其中1a ,2a 为已知常数)我们注意到,方程(2)的左边y ''、y '和y 的系数都是幂函数(分别是2x 、1a x 和02a x ),且其次依次降低一次.所以根据幂函数求导的性质,我们用幂函数K y x =来尝试,看能否选取适当的常数K ,使得K y x =满足方程(2). 对K y x =求一、二阶导数,并带入方程(2),得212()0K K K K K x a Kx a x -++=或212[(1)]0K K a K a x +-+=,消去K x ,有 212(1)0K a K a +-+=. (3)定义2 以K 为未知数的一元二次方程(3)称为二阶齐次欧拉方程(2)的特征方程.由此可见,只要常数K 满足特征方程(3),则幂函数K y x =就是方程(2)的解.于是,对于方程(2)的通解,我们有如下结论:定理1 方程(2)的通解为(i) 1112ln K K y c x c x x =+, (12K K =是方程(3)的相等的实根) (ii)1212K K x c x y c +=, (12K K ≠是方程(3)的不等的实根) (iii)12cos(ln )sin(ln )x x c x x y c ααββ+=.(1,2K i αβ=±是方程(3)的一对共轭复根)(其中1c 、2c 为任意常数)证明 (i )若特征方程(3)有两个相等的实根: 12K K =,则11K x y =是方程(2)的解, 且设2()u x y =,11()K y x u x =(()u x 为待定函数)也是方程(2)的解(由于21()y u x y =,即1y ,2y 线性无关),将其带入方程(2),得 11122111112[()2]()0K K K x K K u K xu x u a x K u xu a x u ''''-+++++=,约去1K x ,并以u ''、u '、u 为准合并同类项,得22111112(2)[(1)]0x u K a xu K a K a u '''++++-+=.由于1K 是特征方程(3)的二重根,因此21112(1)0K a K a +-+=或112(1)0K a +-=,于是,得20x u ux '''+=或0xu u '''+=,即 ()0xu ''=,故 12()ln u x c x c =+.不妨取()ln u x x =,可得方程(2)的另一个特解12ln K y x x =,所以,方程(2)的通解为1112ln K K y c x c x x =+.(其中1c ,2c 为任意常数)(ii )若特征方程(3)有两个不等的实根: 12K K ≠,则11K x y =,22K y x =是方程(2)的解. 又2211()21K K K K y x x y x-==不是常数,即1y ,2y 是线性无关的. 所以,方程(2)的通解为1212K K x c x y c +=. (其中1c ,2c 为任意常数)(iii )若特征方程(3)有一对共轭复根:1,2K i αβ=±(0β≠),则 ()1i x y αβ+=,()2i y x αβ-=是方程(2)的两个解,利用欧拉公式,有()ln 1(cos(ln )sin(ln ))i i x x x e x x i x y αβαβαββ+===+,()ln 2(cos(ln )sin(ln ))i i x x x e x x i x y αβαβαββ--===-,显然,12cos(ln )2y y x x αβ+= 和12sin(ln )2y y x x iαβ-=是方程(2)的两个线性无关的实函数解. 所以,方程(2)的通解为12cos(ln )sin(ln )x x x x y c c ααββ=+.(其中1c ,2c 为任意常数)例1求方程20x y xy y '''-+=的通解.解 该欧拉方程的特征方程为(1)10K K K --+=,即 2(1)0K -=,其根为: 121K K ==,所以原方程的通解为12(ln )y c c x x =+.(其中1c ,2c 为任意常数)例2 求方程280x y xy y '''--=的通解.解 该欧拉方程的特征方程为2(11)80K K +---=,即 2280K K --=,其根为: 12K =-,24K =,所以原方程的通解为4122c y c x x=+. (其中1c ,2c 为任意常数)例3 求方程的通解2350x y xy y '''++=.解 该欧拉方程的特征方程为(1)350K K K -++=,即 2250K K ++=,其根为: 1,212K i =-±,所以原方程的通解为121[cos(2ln )sin(2ln )]y c x c x x=+. (其中1c ,2c 为任意常数)2.2二阶非齐次欧拉方程的求解(初等积分法)二阶非齐次欧拉方程:212()x y a xy a y f x ++='''. (4)(其中1a ,2a 为已知实常数,()f x 为已知实函数)为了使方程(4)降阶为一阶线性微分方程,不妨设1121a K K =--,212a K K =, (5)则方程(4)变为212122)(1()K a x y K K xy K y f x +--+=''',即212()()()x xy K y K xy K y f x ---=''', (6)根据韦达定理,由(5)式可知,1K ,2K 是一元二次代数方程 212(1)0K a K a +-+= (3) 的两个根.具体求解方法:定理2 若1K ,2K 为方程(2)的两个特征根,则方程(4)的通解为 212111[()]K K K K y x x x f x dx dx ----=⎰⎰. (7)证明 因为1K ,2K 为方程(2)的两个特征根,于是方程(4)等价于方程(6),令 2xy K y p '-=,代入方程(6)并整理,得1()K f x p x xp =-' 和 2K p y y x x '-=, 解之,得方程(4)的通解为212111[()]K K K K y x x x f x dx dx ----=⎰⎰.由定理2知,只需要通过两个不定积分(当(7)式中的积分可积时)即可求得方程(4)的通解.为了方便计算,给出如下更直接的结论.定理3 若1K ,2K 为方程(2)的两个特征根,则(i )当12K K =是方程(2)的相等的实特征根时,方程(4)的通解为 11111[ln ()ln ()]K K K x x f x dx x x f x dx y x -----⋅=⎰⎰, (ii )当12K K ≠是方程(2)的互不相等的实特征根时,方程(4)的通解为112211121[()()]K K K K x x f x dx x x f x dx K K y ------=⎰⎰, (iii )当1,2K i αβ=±是方程(2)的共轭复特征根时,方程(4)的通解为 111[sin(ln )cos(ln )()cos(ln )sin(ln )()]y x x x x f x dx x x x f x dx αααβββββ----=-⎰⎰ 证明 (ii )当12K K ≠是方程(2)的互不相等的的实特征根时, 将方程(1)的通解(7)进行分部积分,得21212112212121121111211212112111[()]1[()]1{[()]}1[]()()()K K K K K K K K K K K K K K K K K K K x x x f x dx dx x x f x dx dx K K x x x d x f x dx K K x x K K y x f x dx x f x dx x f x dx -------------------=-===--⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰(8) (iii )当1,2K i αβ=±是方程(2)的共轭复特征根时,122K K i β-=, 再由欧拉公式有1ln [cos(ln )sin(ln )]K i i x x x e x x i x x αβαβαββ+===+, 2ln [cos(ln )sin(ln )]K i i x x x e x x i x x αβαβαββ--===-, 将其代入(8)式,整理可得方程(4)的通解为111[sin(ln )cos(ln )()cos(ln )sin(ln )()]x x x x f x dx x x x f x dx y αααβββββ-----=⎰⎰(i )的证明和(ii )类似.例1求方程22234ln y xy y x x x x '''-+=+的通解.解 该欧拉方程所对应的齐次方程的特征方程为2440K K -+=, 特征根为 122K K ==,所以由定理3,原方程的通解为23223222232122223212[ln (ln )ln (ln )]111{ln [(ln )ln ][(ln )(ln )]}23211ln [(ln )(ln )]62x x x x x dx x x x x x dx x x x c x x c x x c x x x x y x x c --+-⋅+++-+-+++===⎰⎰ (其中1c ,2c 为任意常数)例2求方程2322x x y xy y x e -+='''的通解.解 该欧拉方程所对应的齐次方程的特征方程为2320K K -+=,特征根为 12K =,21K =,所以由定理3,原方程的通解为23323212212()()x x x x x xx x e dx x x x e dxx e c x xe e c c x c x xe y x ---=+---=++=⎰⎰(其中1c ,2c 为任意常数)例3求方程2cos(ln )2x x x y xy y -+='''的通解. 解 该欧拉方程所对应的齐次方程的特征方程为2220k k -+=,特征根为 1,21K i =±,所以由定理3,原方程的通解为212122cos(ln )]cos(ln )cos(ln )11sin(ln )cos(ln )cos(ln ))sin(ln )cos(ln )sin(ln )cos(ln )sin(ln )[sin(ln )]{sin(ln )(ln )cos(ln )[ln(cos(ln )]}[][sin(ln )ln x x x x dx dx x x x dx x dx x x x x c x y x x x x x x x x x x c x x c x c x x x ----+===+++=++⎰⎰⎰⎰cos(ln )ln(cos(ln ))]x x (其中1c ,2c 为任意常数)在定理3中,若令()0f x =,则得到二阶齐次欧拉方程(2)的通解.推论 方程(2)的通解为(i)1112ln K K x c x x y c +=, (12K K =是方程(2)的相等的实特征根) (ii)1212K K x c x y c +=, (12K K ≠是方程(2)的不等的实特征根) (iii)12cos(ln )sin(ln )x x c x x y c ααββ+=.(1,2K i αβ=±是方程(2)的共轭复特征根)(其中1c ,2c 为任意常数)2.3三阶非齐次欧拉方程的求解(常数变易法)三阶非齐次欧拉方程:32123()x y a x y a xy a y f x +++=''''''.(9) (其中1a ,2a ,3a 为常数)(9)对应的齐次方程为321230x y a x y a xy a y +++=''''''. (10) 特征方程为321123(3)(2)0K a K a a K a +-+-++=.(11)定理4 设1K 是方程(11)的根,2K 是方程22122112(31)[3(1)2]0K K a K K K a K a ++-+-++=的根,则(9)的通解为12211211(231)(22){[()]}K K K K a K K a x x x f x dx dx dx y x -++-++-=⎰⎰⎰ . (12) 证明 根据条件1K y cx =(c 为任意常数)是方程(10)的解. 设1()K y c x x =是方程(9)的解(其中()c x 是待定的未知数), 将其代入方程(9),整理得1121111112(3)3231111213()(3)()[3(1)2]()[(3)(2)]()()K c x K a x c x K K a K a x c x K a K a a K a x c x x f x ---+-''''''+++-++++-+-++= (13)因为1K 是(11)的根,则321111213(3)(2)0K a K a a K a +-+-++=,于是(13)式化为1(3)121111112()(3)()[3(1)2]()()K c x K a x c x K K a K a x c x x f x -+--''''''+++-++=(14)这是以()c x '为未知函数的二阶欧拉方程. 设2K 为(14)对应的齐次方程的特征方程21111112(31)[3(1)2]0K K a K K K a K a ++-+-++=, (15)的根,则221121(23)(2)()[()]K K K a K K c x x x x f x dx dx -+++-'=⎰⎰.从而2211211(23)(22){[()]}()K K K a K K a x x x f x dx dx dx c x -++++-=⎰⎰⎰. 故方程(1)的通解为12211211(231)(22){[()]}K K K K a K K a x x x f x dx dx dx y x -++-++-=⎰⎰⎰.定理5 设1K 是方程(11)的根,2K 是方程(15)的根,则(i )当1K 是方程(11)的单实根,2K 是方程(15)的单实根,则(9)的通解为1212121121(2)1(3)(2)121[()()](32)1K K K K K K a K K a x y x x f x dx x x f x dx dx K K a -++-++++=-++-⎰⎰⎰(ii )当1K 是方程(11)的单实根,2K 是方程(15)的单虚根,则(9)的通解为111(2)(2){[sin(ln )cos(ln )()cos(ln )sin(ln )()]}K K K x x xx f x dx x x x f x dx dxy xαααβββββ-++-++-=⎰⎰⎰(其中11132K a α--=,β=(iii )当1K 是方程(11)的单实根,2K 是方程(15)的重实根,则(9)的通解为121212(2)(2){[ln ()ln ()]}K K K K K K x x x f x dx x x f x dx dx y x -++-++-⋅=⎰⎰⎰,(iv )当1K 是方程(11)的三重实根,方程(15)变为2210K K ++=,有21K =-,则(9)的通解为111(1)(1)1{[ln ()ln ()]}K K K y x x x x f x dx x x f x dx dx -+-+-=-⋅⎰⎰⎰. 证明 (i )因为2K 是方程(15)的单实根,得(14)的通解为212121121(2)1(3)(2)31211[()()](32)1()K K K K K a K K a x x f x dx x x f x dx K K a c x -++-++++--++-='⎰⎰则(9)的通解为1212121121(2)1(3)(2)3121[()()](32)1K K K K K K a K K a x y x x f x dx x x f x dx dx K K a -++-++++-=-++-⎰⎰⎰(ii )因为2K 是方程(14)的单虚根,此时方程(15)有一对共轭虚根1,22K =得(14)的通解为11(2)(2)[sin(ln )cos(ln )()cos(ln )sin(ln )()]()K K x x x x f x dx x x x f x dx c x αααβββββ-++-++-='⎰⎰则(9)的通解为111(2)(2){[sin(ln )cos(ln )()cos(ln )sin(ln )()]}K K K x x xx f x dx x x x f x dx dxy xαααβββββ-++-++-=⎰⎰⎰(其中11132K a α--=,β=(iii )因为2K 是方程(15)的重实根,得(9)的通解为121212(2)(2){[ln ()ln ()]}K K K K K K x x x f x dx x x f x dx dx y x -++-++-⋅=⎰⎰⎰.(iv )当1K 是方程(10)的三重实根(1133a K =-),方程(15)变为222210K K ++=,有21K =-,将1133a K =-,21K =-代入(12)式得11(1)11{[()]}K K y x x x x f x dx dx dx -+--=⎰⎰,对上式分部积分得(9)的通解为111(1)(1)1{[ln ()ln ()]}K K K x x x x f x dx x x f x dx dx y -+-+-⋅-⋅=⎰⎰⎰.例1 求三阶欧拉方程32366x y x y xy y x -+-=''''''的通解. 解 原方程对应的齐次方程为323660x y x y xy y -+-='''''',其特征方程为3261160K K K -+-=,解得其特征根为1,2,3,取 11K =, 将11K =,13a =-,26a =,代入方程(15),得2220K K -=,解得21K =或0,利用定理5(i )的通解公式有323212311[]ln 22y x x x dx x dx dx x x c x c x c x --=-=+++⎰⎰⎰. (其中1c ,2c ,3c 为任意常数)例2 求三阶欧拉方程3241313x y x y xy y x ''''''-+-=的通解. 解 原方程对应的齐次方程为32413130x y x y xy y ''''''-+-=,其特征方程为21613()()0K K K -+-=,从而解得特征单实根为11K =,将11K =,14a =-,213a =代入方程(15),得到222250K K -+=,解得 1,2212i K =±. 令212i K =+,则1α=,2β=, 利用定理5(ii )的通解公式有33213{[sin(2ln )cos(2ln )cos(2ln )sin(2ln )]}211ln [sin(2ln )cos(2ln )]816xx x x dx x x x dx dxx x c x c x c x y x ---=+-+=⎰⎰⎰(其中1c ,2c ,3c 为任意常数)2.4 n 阶齐次欧拉方程的求解(求形如K y x =的解)令K y x =是方程(1)的解,将其求导(需要求出y '、y ''(1)n y -、()n y )代入方程(1),并消去K x ,得 1(1)(1)(1)(1)(2)0n n K K K n a K K K n a K a ---++--++++=. (16)定义3 以K 为未知数的一元n 次方程(16)称为n 阶齐次欧拉方程(1)的特征方程.由此可见,如果选取k 是特征方程(16)的根,那么幂函数k y x =就是方程(1)的解.于是,对于方程(1)的通解,我们有如下结论:定理6 方程(1)的通解为112211n n n n y c y c y c y c y --=++++(其中1c ,2c 1n c -,n c 为任意常数),且通解中的每一项都有特征方程(16)的一个根所对应,其对应情况如下表:例1 求方程4(4)3(3)281550x y x y x y xy '''+++=的通解. 解 该欧拉方程的特征方程为(1)(2)(3)8(1)(2)15(1)50K K K K K K K K K K ---+--+-+=,整理,得2(22)0K K K ++=,其根为]cos(ln k β120K K ==,3,41K i =-±,所以原方程的通解为3412ln cos(ln )sin(ln )c cy c c x x x x x=+++. (其中1c ,2c ,3c ,4c 为任意常数)例2 求方程(4)(3)432670x y x y x y xy y ++++='''的通解. 解 该欧拉方程的特征方程为(1)(2)(3)6(1)(2)7(1)10K K K K K K K K K K ---+--+-++=,整理,得410K +=,其根为1,2K i =-,3,4K i =(即一对二重共轭复根),所以原方程的通解为1234cos(ln )sin(ln )ln cos(ln )ln sin(ln )y c x c x c x x c x x =+++.(其中1c ,2c ,3c ,4c 为任意常数)3.结束语从前面的讨论过程来看,和教材中的变量变换法相比,本文中的解决办法更直接、更简单.但需要说明的是,本文中的定理和例题都是在0x >范围内对齐次欧拉方程求解的,如果要在0x <范围内对其求解,则文中的所有ln x 都将变为ln()x -,所得的结果和0x >范围内的结果相似.4.致谢经过这好几个月忙碌的学习跟工作,本次毕业论文的写作已经接近尾声了,但这次毕业论文的写作经历让我感受颇多.首先,自己要有很好的专业知识的储备,这也是写作的基础.其次,自己要有严谨的思维逻辑.再次,自己要善于思考,遇到不懂得问题就要勤于思考,查资料,问老师.最后,自己一定要有坚持不懈的精神.毕业论文的写作是一个长期的过程,在写作过程中我们难免会遇到各种各样的过程,但我们不能因此就放弃,而要做到坚持.要相信“有付出就一定会有所收获”的.在这里首先要感谢我的指导老师胡宏昌教授.胡老师平日里工作繁多,但在我做毕业论文阶段,他都给予了我悉心的指导,细心地纠正论文中的错误并给予指导.如果没有他的大力支持,此次论文的完成将变得非常困难.除了敬佩胡老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也值得我永远学习,并将积极影响我今后的学习和工作.然后还要感谢大学四年来我的所有的老师跟领导,为我们打下了坚实的专业知识的基础.最后祝各位评审老师身体健康,工作顺利!5、参考文献[1]王高雄,周之铭,朱思铭,王寿松.常微分方程[M].第3版.北京:高等教育出版社,2006:142-144.[2]华东师范大学数学系.数学分析(上)[M].第3版.北京:高等教育出社,1999:87-199.[3]钟玉泉.复变函数论[M].第3版.北京:高等教育出版社,2003:10-11.[4]胡劲松.一类欧拉方程特解的求解.重庆科技学院学报[J],2009,11(2):143-144.[5]胡劲松,郑克龙.常数变易法解二阶欧拉方程.大学数学[J],2005,21(2):116-119.[6]米荣波,沈有建,汪洪波.三阶欧拉方程求解的简化常数变易方法.海南师范大学学报[J],2008,21(3):260-263.[7]胡劲松.齐次欧拉方程的另一种求解方法.重庆工学院学报[J],2004,18(1):4-748.[8]冀弘帅.认识伟大的数学家----欧拉.数学爱好者[J],2006,10:52-53.[9]卓越科学家欧拉.中学生数理化(北师大版)[J],2007,Z2: 101-102.。
euler法-回复euler法是一种数值分析方法,用于近似求解常微分方程的数值解。
它是由瑞士数学家欧拉(Leonhard Euler)在18世纪提出,并以他的名字命名。
euler法的思想非常简单直观,通过一系列的逼近来得到问题的解。
下面将逐步介绍euler法的原理、步骤和数学推导,并讨论其应用和局限性。
euler法的原理是基于微分方程的欧拉公式展开,即根据导数的定义,将微分方程中的导数用差商的近似来表示。
对于常微分方程dy/dx=f(x,y),我们将自变量x和因变量y分割成一系列的小区间,取步长h,即x的增量为h。
根据导数的定义,我们可以得到:f(x,y)≈(y[i+1] - y[i])/h其中y[i]表示在第i个区间内的因变量y的值。
根据以上近似,我们可以得到微分方程的近似解:y[i+1] = y[i] + h*f(x[i], y[i])其中x[i]表示对应的自变量的值。
这个递推公式即为euler法的核心。
euler法的步骤如下:1. 确定初始值:给定微分方程的初始条件,即y[x0]=y0,其中x0为初始值的自变量,y0为对应的因变量。
2. 选择步长:确定小区间的步长h,根据问题的特点和要求来选择合适的步长。
步长越小,解的精度越高,但计算量也会增加。
3. 递推计算:利用euler法的递推公式,计算每个区间内因变量y的值,即y[i+1] = y[i] + h*f(x[i], y[i])。
重复此步骤直到达到所需的自变量的范围或达到所需的精度。
euler法的数学推导如下:考虑一个简单的一阶常微分方程dy/dx=f(x,y),我们将自变量x和因变量y分割成小区间,取步长h。
在第i个区间内,我们可以用泰勒级数展开来近似表示:y[i] = y[i-1] + hf(x[i-1], y[i-1])将上述式子中的i替换为i+1,得到:y[i+1] = y[i] + hf(x[i], y[i])这个递推公式即为euler法的数学推导过程。
显示euler法欧拉法(Euler's method)是一种用于数值解微分方程的方法。
它是由瑞士数学家欧拉(Leonhard Euler)在18世纪提出的。
欧拉法是一种近似解法,通过将微分方程转化为差分方程,然后使用迭代的方法逐步逼近真实解。
欧拉法的思想很简单,它基于微分方程的定义:微分方程描述了函数的变化率与函数本身之间的关系。
欧拉法通过将微分方程离散化,将连续的函数变成离散的数值,从而得到近似解。
具体来说,欧拉法的步骤如下:1. 将微分方程转化为差分方程。
差分方程描述了函数在每个离散时间点的变化情况。
2. 选择一个初始点作为起始点。
这个初始点是已知的,可以是微分方程的初始条件。
3. 选择一个步长,即每次迭代的时间间隔。
步长越小,得到的近似解越精确,但计算量也会增加。
4. 根据差分方程和初始点,使用迭代的方法计算下一个时间点的函数值。
5. 重复第4步,直到达到所需的时间点或满足其他停止条件。
欧拉法的优点是简单易懂,计算量小。
它适用于一些简单的微分方程,特别是一阶线性微分方程。
然而,欧拉法也有一些缺点。
首先,它的近似解误差随着步长的增加而增大。
其次,欧拉法对于某些微分方程可能无法得到准确的解,例如非线性方程或高阶方程。
为了说明欧拉法的应用,我们以一个简单的例子来进行说明。
考虑一阶线性微分方程dy/dx = x,初始条件为y(0) = 1。
我们希望使用欧拉法求解在x=1处的函数值。
将微分方程转化为差分方程。
根据定义,dy/dx可以近似表示为Δy/Δx,其中Δy和Δx分别表示y和x的变化量。
因此,微分方程可以写成Δy/Δx = x。
接下来,选择初始点和步长。
我们选择初始点为x=0,y=1,并选择步长Δx=0.1。
根据差分方程和初始点,可以得到下一个时间点的函数值。
在这个例子中,我们有Δy/Δx = x,因此Δy = x * Δx = 0 * 0.1 = 0。
因此,在x=0.1处的函数值为y(0.1) = y(0) + Δy = 1 + 0 = 1。