Текст подпрограммы и версий ( Фортран )
de26r.zip , de26d.zip
Тексты тестовых примеров ( Фортран )
tde26r.zip , tde26d.zip
Текст подпрограммы и версий ( Си )
de26r_c.zip , de26d_c.zip
Тексты тестовых примеров ( Си )
tde26r_c.zip , tde26d_c.zip
Текст подпрограммы и версий ( Паскаль )
de26r_p.zip , de26e_p.zip
Тексты тестовых примеров ( Паскаль )
tde26r_p.zip , tde26e_p.zip

Подпрограмма:  DE26R

Назначение

Выполнение одного шага численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка методом Адамса без контроля точности.

Математическое описание

Выполняется один шаг численного интегрирования системы М обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка

          Y ' = F (X, Y) ,

          Y = ( y1, ..., yM ) ,
          F = ( f1 (X, y1,..., yM),..., fM (X, y1,..., yM) ) 

многошаговым предсказывающе - исправляющим методом пятого порядка точности. Суть метода состоит в том, что сначала по явной формуле Адамса строятся предсказанные значения приближенного решения, которые затем исправляются по неявной формуле Адамса.

По заданному значению YX решения в узле Xn вычисляется значение этого решения в узле Xn + H. Значение H шага интегрирования задается пользователем при обращении к подпрограмме.

Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений, т.2. Физматгиз, М., 1960.

Беленький В.З. Стандартная программа для интегрирования системы дифференциальных уравнений методом Адамса. Сб. "Вычислительные методы и программирование", вып 3. Изд-во МГУ, 1965

Использование

    SUBROUTINE  DE26R (F, M, JSTART, YX, X, H, DELTY, DF, RF, 
                                            YP, RY, RFN, IERR) 

Параметры

F - имя подпрограммы вычисления значений правой части дифференциального уравнения. Первый оператоp подпрограммы должен иметь вид:
SUBROUTINE  F (X, Y , DY, M).
Здесь: X, Y - значения независимой и зависимой переменных, соответственно. Вычисленное значение правой части должно быть помещено в DY. B случае системы уравнений, т.е. когда M ≠ 1, параметры Y и DY представляют массивы длины M (тип параметров X, Y и DY: вещественный);
M - количество уравнений в системе (тип: целый);
JSTART - целый указатель режима использования подпрограммы, имеющий следующие значения:
0 - первое обращение к подпрограмме должно быть выполнено с нулевым значением JSTART;
+ 1 - выполнить один шаг интегрирования системы дифференциальных уравнений для значений независимой и зависимой переменных и шага интегрирования, заданных параметрами X, YX и H, соответственно;
- 1 - повторить последний шаг интегрирования с новым значением параметра H;
  на выходе из подпрограммы JSTART полагается равным + 1;
X, YX - начальные вещественные значения аргумента и решения уравнения в нем; в результате работы подпрограммы в X получается новое значение аргумента, а в YX - соответствующее значение решения; в случае системы уpавнений, т.е. когда M ≠ 1, YX задается одномерным массивом длины M;
H - вещественное значение шага интегрирования;
       DELTY -
         RF, YP  
         RFN  
одномерные вещественные рабочие массивы длины M;
DF, RY - двумерные вещественные рабочие массивы размеpа M*5;
IERR - целая переменная, значение которой в pезультате работы подпрограммы полагается равным 65, если при заданном значении шага интегрирования не может быть достигнута сходимость численного решения к точному значению решения; в этом случае интегрирование системы можно повторить обращением к подпрограмме с новым значением параметра H и со значением JSTART = 1 .

Версии

DE26D - выполнение одного шага численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности, при этом все вычисления над действительными числами ведутся с удвоенным числом значащих цифр. В этом случае параметры YX, X, H, DELTY, DF, RF,YP, RY, RFN и параметры X, Y и DY в подпрограмме F должны иметь тип DOUBLE PRECISION.

Вызываемые подпрограммы

DE33R - построение начальных значений при интегрировании системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности; вызывается при работе подпрограммы DE26R.
DE33D - построение начальных значений при интегрировании системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности, при этом все вычисления над действительными числами ведутся с удвоенным числом значащих цифр; вызывается при работе подпрограммы DE26D.
UTDE12 - подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограммы DE26R.
UTDE13 - подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограммы DE26D.
  Kpоме того, DE26R и DE26D используют рабочие подпрограммы DE28RP, DE28RS и DE28DP, DE28DS, соответственно.

Замечания по использованию

 

При работе подпрограммы и ее версии значения параметров M и H сохраняются.

При многократном использовании подпрограммы и ее версии для вычисления решения на отрезке значения параметров M, YX, X, DF, YP не должны изменяться в вызывающей программе между последовательными обращениями к ним.

Пример использования

           y1'  =   y2
           y2'  =  -y1

          y1 (3/4 π)  =   √2 /2 ,     y2 (3/4 π)  =  -√2 /2 

Приводятся подпрограмма вычисления значений правой части системы и фрагмент вызывающей программы, выполняющей несколько шагов из одной и той же точки, а также результаты счета.

          SUBROUTINE  F (X, Y, DY, M)
          DIMENSION  Y(2), DY(2)
          DY(1) = Y(2)
          DY(2) = -Y(1)
          RETURN
          END
 
          DIMENSION  Y(2), DELTY(2), DF(10), RF(2), YP(2),
         *                         RY(10), RFN(2)
          EXTERNAL  F 
          M = 2
          JSTART = 0
          Y(1) = SQRT(2.)/2.
          Y(2) = -Y (1)
          X = 0.75*3.14159265359
          H = -0.01
          IH = 0
      6  CONTINUE
          CALL  DE26R (F, M, JSTART, Y, X, H, DELTY, DF, RF, YP, RY,
         *                        RFN, IERR)
          IH = IH + 1
          Y1 = SIN(X)
          Y2 = COS(X)
C    ПEЧATЬ ПPИБЛИЖEHHOГO И TOЧHOГO ЗHAЧEHИЙ PEШEHИЯ
          PRINT 1, X, Y, H, Y1, Y2
          IF (IH .EQ. 1) GO TO 6
          IF (IH .EQ. 5) GO TO 20
          JSTART = -1
          IF (IH .EQ. 4) GO TO 8
          IF (IH .EQ. 3) GO TO 7
          H = -0.005
          GO TO 6
      7  H = 0.02 
          GO TO 6
      8  H = 0.01 
          GO TO 6
    20   STOP 
      1   FORMAT (6E18.9)

Результаты:

    после первого обращения к подпрограмме -
          X                                Y(1)                         Y(2)
          2.346194490+00        7.141423761-01     -7.000004762-01
          H                                Y1                            Y2
          1.000000000-02         7.141423761-01     -7.000004762-01
 
    после второго обращения к подпрограмме -
 
          X                                Y(1)                         Y(2)
          2.336194490+00        7.211065574-01     -6.928241717-01
          H                                Y1                            Y2
          1.000000000-02         7.211065574-01     -6.928241717-01
 
    после третьего обращения к подпрограмме -
          X                                Y(1)                         Y(2)
          2.341194490+00        7.176334371-01     -6.964210292-01
          H                                Y1                            Y2
          5.000000000-03         7.176334371-01     -6.964210292-01
 
    после четвертого обращения к подпрограмме -
          X                                Y(1)                         Y(2)
          2.366194490+00        7.000004763-01     -7.141423759-01
          H                                Y1                            Y2
          2.000000000-02         7.000004762-01     -7.141423761-01
 
    после пятого обращения к подпрограмме -
          X                                Y(1)                         Y(2)
          2.356194490+00        7.071067812-01     -7.071067812-01
          H                                Y1                            Y2
          1.000000000-02         7.071067812-01     -7.071067812-01