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解常微分方程的皮卡迭代法

 形貌 2023-08-11 发布于北京

常微分方程是解决很多实际问题的常用数学模型,然而绝大多数常微分方程没有一般的求解析解的方法。虽然微分方程都可以用数值法求近似解,但数值解不能直观地体现出物理意义,也不方便用于进一步的理论推导。因此求取方程的近似解析解就显得非常重要。常微分方程有很多求近似解析解的方法,比如幂级数法、试探函数法、微扰法、变分法、迭代法等。跟其他方法相比,迭代法比较直接,而且迭代序列的极限就是精确解。因此可以根据需要进行适当次数的迭代得到合适精度的近似解析解。迭代法中比较简单的一种是皮卡迭代法。以一阶常微分方程为例,设方程可以写成以下形式

先设一个满足初值条件的初始解,比如

然后将初始解带入方程右端,即

积分就可以得到带有一个任意常数的y的表达式,再通过初始条件确定积分后的任意常数,这样就得到y的一级近似。如此反复迭代,通常就可以得到越来越精确的解析解。

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