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第 7 章 常微分方程初值问题的数值解法

对应颜庆津《数值分析》(第 4 版)第 7 章。老师课程尚未讲到本章;本章按教材完整铺设,老师开讲后再补“课堂实录”。

本章定位

这是老师七章地图的第 7 章,也是原书第 7 章。老师尚未开讲,所以本章不冒充课堂内容;教材的小节、定理、例题、习题都已按覆盖矩阵铺齐。

单步、RK、多步:三条路线 精度看阶,稳定看测试方程;刚性方程优先隐式。 NUMERICAL · ODE / 07 ATLAS / N-26 单步、RK、多步:三条路线 精度看阶,稳定看测试方程;刚性方程优先隐式。 01初值问题y'=f(t,y), y(t0)=y002Euler沿切线走一步03RK多取几个斜率04多步法用历史值05刚性隐式 / A-稳定Euler O(h);RK4 O(h⁴);Adams 每步一次函数值但要启动。
图解读图:Euler 只用一个斜率,RK 用多个斜率加权,多步法用历史点;刚性方程的限制不在精度,而在绝对稳定区域——显式方法被迫用小步长,隐式方法才能走大步。
本章学习目标

学完本章,你应该能:

  1. 写出 Euler、后退 Euler、梯形、改进 Euler 与 RK4 的公式;
  2. 判断单步法的阶、相容性与绝对稳定区域;
  3. 写出 Adams–Bashforth/Moulton 与预测–校正,知道多步法为什么要启动;
  4. 把高阶方程化成一阶方程组,识别刚性并选择隐式方法。

本章结构

节内容教材
7.1–7.2初值问题、Euler、RK、收敛/稳定7.1–7.2;定理 7.1–7.3;例 1–5
7.3线性多步法、预测–校正、绝对稳定7.3;定理 7.4–7.5;例 6–13
7.4–7.5一阶方程组、刚性、边值问题7.4–7.5
习题教材习题 1–12p.211

覆盖核对:第 7 章覆盖矩阵。

三句话带走
  1. 精度看阶:Euler 一阶、改进 Euler/中点二阶、RK4 四阶;阶越高每步函数求值越多。
  2. 稳定看测试方程:\(y'=\lambda y\),显式方法受 \(|1+h\lambda|\lt1\) 限制,刚性方程要用隐式/A-稳定。
  3. 多步法用历史值:Adams 每步只算一次新函数值,但要先用 RK 启动。

本章状态

  • 正文:7.1–7.5 已铺;教材 12 题已给题面摘要与答案/提示。
  • 老师开讲后:补“课堂实录”和讲次对照。
  • 上一章:第 6 章 数值积分与数值微分。