2. Метод Эйлера с пересчетом

При данном подходе рекуррентное соотношение (14) видоизменяется, а именно, вместо f(x_i,y_i) берут среднее арифметическое междуf(x_i,y_i) иf(x_i+1,y_i+1).

Тогда

(15)

Это неявная схема. Она реализуется в две итерации: сначала находится первое приближение по (14), считая y_iначальной

, (16)

затем (16) подставляется в правую часть (15) вместо y_i+1

(17)

Геометрическая интерпретация метода:

С помощью метода Эйлера с пересчетом можно производить контроль точности, сравнивая y_i+1иỹ_i+1.

На основании этого можно выбирать шаг. Если величина |ỹ_i+1–y_i+1| сравнима с заданной точностью, то шаг можно увеличивать, если больше, то уменьшать, т.е. имеет место схема двойного просчета с оценкой погрешности по величине

,

где y(x_i) – точное решение в точкех=x_i, аy_i иy^*_iприближенные значения, полученные с шагомhиh/2 соответственно

3. Метод Эйлера с последующей итерационной обработкой

Метод Эйлера можно еще более уточнить, применяя итерационную обработку каждого полученного значения y_i. А именно, сначала исходя из первого грубого приближения по (16)

,

строят итерационный процесс согласно (15) по следующей схеме

. (18)

Итерации продолжают до тех пор, пока в двух последовательных приближениях ,не совпадут соответствующие десятичные знаки и полагаютy_i+1. Как правило, при достаточно малом шагеh, итерации сходятся быстро. Если после трех-четырех итераций не произошло совпадение нужного числа десятичных знаков, то шаг расчетовhуменьшается. После такой обработки значенияy_iпереходят к следующему узлуx_i+1.

Пример. По методу Эйлера составить таблицу решения на отрезке [0;1] для уравнения с начальным условиемy(0) = 1, выбрав шагh = 0,2.

Результаты вычислений поместим в таблицу, которая заполняется следующим образом:

i	xi	yi	yi	Точное у =
0	0	1,0000	0,2000	1,0000
1	0,2	1,2000	0,1733	1,1832
2	0,4	1,3733	0,1561	1,3416
3	0,6	1,5294	0,1492	1,4832
4	0,8	1,6786	0,1451	1,6124
5	1,0	1,8237		1,7320

В первой строке при i = 0 записываетсяx₀ = 0,y₀ = 1,000 и по ним вычисляетсяf(x₀,y₀) = 1, а затемy₀ =hf(x₀,y₀) = 0,2. Тогда по формуле (14) получаемy₁ = 1 + 0,2 = 1,2.

Значения x₁ = 0,2 иy₁ = 1,2000 записываются во второй строке приi = 1. Используя их можно вычислить

f(x₁,y₁) = 0,8667; y₁ = hf(x₁,y₁) = 0,20,8667 = 0,1733.

Тогда y₂ =y₁ +y₁ = 1,2 + 0,1733 = 1,3733.

При i= 2,3,4,5 вычисления ведутся аналогично. В последнем столбце таблицы для сравнения помещены значенияточногорешения.

Из таблицы видно, что абсолютная погрешность для y₅составляет, что составляет 5%.

Замечание. Метод Эйлера легко распространяется на системы дифференциальных уравнений и на ДУ высших порядков при их предварительном приведении к системам ДУ первого порядка.

Рассмотрим систему двух уравнений первого порядка

(19)

с начальными условиями y(x₀) =y₀иz(x₀) =z₀.

Тогда приближенные значения y(x_i)y_i иz(x_i)z_iвычисляются по формулам

(20)

Пример. Применяя метод Эйлера, составить на отрезке [1;1,5] таблицу значений решения уравнения

(21)

с начальными условиями y(1) = 0,77 иy'(1) = –0,44, выбрав шагh = 0,1.

Решение. Заменим уравнение (21) посредством подстановкиy'=z,y" =z'системой уравнений первого порядка

с начальными условиями y(1) = 0,77 иz(1) = –0,44. Таким образом, имеем

Результаты вычисления по формулам (20) записаны в таблице

i	xi	yi	Yi	f1i = zi	zi
0 1 2 3 4 5	1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5	0,77 0,726 0,679 0,629 0,576 0,521	–0,044 –0,047 –0,050 –0,053 –0,055	–0,44 –0,473 –0,503 –0,529 –0,551	–0,033 –0,030 –0,026 –0,022	–0,33 –0,296 –0,260 –0,222

Таблица заполняется следующим образом. Записываем в первой строке i = 0,x₀=1,0;y₀ = 0,77;z₀ = –0,44.

Далее находим

Используя формулы (20) получаем

Таким образом, во второй строке таблицы мы можем записать i = 1;x₁ = 1,1;y₁ = 0,726;z₁ = –0,473. По этим значениям находим

И, следовательно,

Заполнение таблицы при i=2, 3, 4, 5 производятся аналогично.