Sukzessive Approximation
Dazu benutzen wir die folgende Identität
Satz 168O
Sei das folgende
Anfangswertproblem gegeben
y′=f(x,y) und
y(x0)=y0. Dies ist gleichwertig zu
y(x)=y0+x0∫xf(t,y(t))dt.
(1)
Beweis
"
⟹":
y′=f(x,y) wird von
x0 bis
x integriert.
x0∫xy′(t)dt=x0∫xf(t,y(t))dt ergibt nach dem
Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung:
y(x)−y0=x0∫xf(t,y(t))dt, also
y(x)=y0+x0∫xf(t,y(t))dt
⇐:
y(x0)=y0+x0∫x0f(t,y(t))dt=y0
Differenzieren wir
(1), ergibt sich sofort
y′=f(x,y).
□
Für das Verfahren benutzen wir den Startwert
y(x0)=y0 und integrieren
(1) für den ersten Näherungswert
y1.
y1(x)=y0+x0∫xf(t,y0)dt
Diesen nehmen wir als Startwert für die erneute
Integration und erhalten den nächsten Wert. Allgemein berechnen wir den
n+1-ten Näherungswert durch
yn+1(x)=y0+x0∫xf(t,yn)dt
Beispiel
y′=x+y−1;
y(0)=1
y1(x)=1+0∫x(t+1−1)dt =1+0∫xtdt =1+2x2.
y2(x)=1+0∫x(t+1+2t2−1)dt =1+0∫xt+2t2dt =1+2x2+6x3 =1+2x2+6x3
Die Grafik zeigt die wahre Lösungskurve (rot) sowie
y1 (gelb) und
y2 (grün).
Ein Mathematiker, der nicht irgendwie ein Dichter ist, wird nie ein vollkommener Mathematiker sein.
Karl Weierstraß
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