ルンゲ=クッタ法のリスト

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ルンゲ=クッタ法 は、以下の形の常微分方程式初期値問題の解を数値で近似計算する方法である。

一般的に、ルンゲ=クッタ法は以下の形で与えられる。

ただし、

以下のリストで記述するすべての計算方法は、それに対応するブッチャー配列で与えられる。ある一つの方法に対する係数をブッチャー配列で以下の形で表す。

また、陽的ルンゲ=クッタ法に対応するルンゲ=クッタ行列は狭義の下三角行列であるので上三角成分の表記は省略される。

(前進)オイラー法

オイラー法は1次の方法である。 安定性と精度が低いため、オイラー法は入門の例でしか使われない(実際は大規模な計算では今でも使われることがある)。

陽的中点法

(陽的)中点法は2段2次の方法である(陰的中点法も参照)。

ホイン法

ホイン法英語版 も2段2次の方法である (陽的台形公式としても知られている)。

Ralston法

Ralston法 は2段2次の方法のうちで局所誤差の上界が最小のものである[1]

一般的な2段2次の方法

クッタの3次の方法

[2]

古典的ルンゲ=クッタ法

クッタの3/8公式

この方法は、上記の古典的方法と同じ論文で提出されたが[3]、古典的方法に比べるとあまり用いられていない。

埋め込み型ルンゲ=クッタ法

埋め込み型の方法はルンゲ=クッタ法の局所誤差を推定するために開発された方法である。それらの方法は誤差を制御するために刻み幅を調整する。

埋め込み型方法に対応するブッチャー配列は以下のように与えられる。

ここで、上側の段の係数 bip 次陽的方法に対応するものであり、下側の段の係数 b *
i
 
p-1 次陽的方法に対応するものである。

ホイン・オイラー法

この方法は、2次のホイン法と1次のオイラー法を組み合わせる方法であり、もっとも単純な埋め込み型方法である。

フェールベルグ RK1(2)

フェールベルグ法は3段で、次数2と1の方法を用いる[4]

Bogacki–Shampine法

Bogacki–Shampine法英語版 は4段で、次数3と2の方法を用いる[5]。MATLABのコマンド ode23 はこの方法の実装である[6]

ルンゲ=クッタ=フェールベルグ法

ルンゲ=クッタ=フェールベルグ法 は5段で、次数5と4の方法を用いる[4]

Cash-Karp法

Cash-Karp法英語版 はフェールベルグの最初のアイディアを変型した方法である[7]。フェールベルグの方法と同じく5段で、次数5と4の方法を用いる。

ドルマン=プリンス法

ドルマン=プリンス法 は6段で、次数5と4の方法を用いる[8]。MATLABのコマンド ode45 はこの方法を実装したものである[6]

陰的ルンゲ=クッタ

脚注

参考文献

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