常微分方程数值解法(numerical methods for ordinary differential equations)计算数学的一个分支。是解常微分方程各类定解问题的数值方法。现有的解析方法只能用于求解一些特殊类型的定解问题,实用上许多很有价值的常微分方程的解不能用初等函数来表示,常常需要求其数值解。所谓数值解,是指在求解区间内一系列离散点处给出真解的近似值。这就促成了数值方法的产生与发展。
作为
数值分析的基础内容,
常微分方程数值解法的研究已发展得相当成熟,理论上也颇为完善,各类有实用价值的算法已经建立,并已形成计算机软件。它处理问题的思路与方法常可用于偏微分方程的数值求解。主要研究以下三类定解问题的数值解法:初值问题、两点边值问题与特征值问题。初值问题的数值解法应用广泛,是常微分方程数值解法的主要内容。在这方面有突出贡献的学者当推达赫奎斯特(Dahlquist,G.)、巴特赫尔(Butcher,J.C.)及吉尔(Gear,C.W.)等人。两点边值问题及特征值问题的研究相对较为薄弱,其中凯勒尔(Keller,H.B.)的工作影响较大。
3、
待定系数法。把欲构造的计算公式写成在离散点函数值之线性组合的待定系数形式,利用函数的泰勒展开式与对公式的精度要求,确定公式的系数。
式中 y 及 f 均为
向量函数。对于高阶方程的问题,约定已事先用引进新未知数的办法化为一阶方程组。在研究中,需要把问题区分为两大类:非刚性问题与刚性问题。这是根据问题之解的数学性质来区分的。传统的数值方法(例如,经典
龙格库塔法等)适用于非刚性问题,而对刚性问题则需要构造新的计算公式,这是因为,此类问题对数值方法的稳定性有特殊要求。