Текст подпрограммы и версий ( Фортран )
de27r.zip , de27d.zip
Тексты тестовых примеров ( Фортран )
tde27r.zip , tde27d.zip
Текст подпрограммы и версий ( Си )
de27r_c.zip , de27d_c.zip
Тексты тестовых примеров ( Си )
tde27r_c.zip , tde27d_c.zip
Текст подпрограммы и версий ( Паскаль )
de27r_p.zip , de27e_p.zip
Тексты тестовых примеров ( Паскаль )
tde27r_p.zip , tde27e_p.zip

Подпрограмма:  DE27R

Назначение

Вычисление решения задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка в конце интервала интегрирования методом Адамса с постоянным шагом.

Математическое описание

Решается задача Коши для системы M обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка

          Y ' = F (X, Y) ,

          Y = ( y1, ..., yM ) ,
          F = ( f1 (X, y1,..., yM),..., fM (X, y1,..., yM) )
 с начальными условиями, заданными в точке XN:
          Y(XN) = YN ,     YN = ( y10,..., yM0 ) , 

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

Решение вычисляется в одной точке XK, которая является концом интервала интегрирования. Интегрирование ведется с постоянным шагом, значение которого 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  DE27R (F, M, XN, YN, XK, H, Y, 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); имя подпрограммы вычисления значений правой части системы.
M - количество уравнений в системе (тип: целый);
XN, YN - начальные значения аргумента и решения; в случае системы уравнений (т.е. M ≠ 1) YN представляет массив длины M (тип: вещественный);
XK - значение аргумента, при котоpом требуется вычислить решение задачи Коши (конец интервала интегрирования). XK может быть больше, меньше или pавно XN (тип: вещественный);
H - вещественная переменная, содержащая значение шага интегрирования; может задаваться с учетом направления интегрирования, т.е. положительным, если XK > XN, отрицательным, если XK < XN, или без такого учета в виде абсолютной величины;
Y - искомое решение задачи Коши, вычисленное подпрограммой для значения аргумента XK. Для системы уравнений (когда M ≠ 1) У задается массивом длиной M. B случае совпадения значений параметров XN и XK значение Y полагается равным начальному значению YN (тип: вещественный);
         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 H 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 (меньшим) значением H.

Версии

DE27D - вычисление решения задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка в конце интервала интегрирования методом Адамса с постоянным шагом, при этом все вычисления над действительными числами ведутся с удвоенным числом значащих цифр. B этом случае параметры XN, YN, XK, H, Y, DELTY, DF, RF, YP, RY, RFN и параметры X, Y и DY в подпрограмме F должны иметь тип DOUBLE PRECISION.

Вызываемые подпрограммы

DE26R - выполнение одного шага численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности; вызывается при работе подпрограммы DE27R.
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; вызывается при работе подпрограммы DE27D.
UTDE12 - подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограммы DE27R.
UTDE13 - подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограммы DE27D.

Замечания по использованию

 

При работе подпрограммы и ее версии значения параметров M, XN, YN, XK, H сохраняются.

Если после работы подпрограммы нет необходимости иметь начальное значение решения YN, то параметры YN и Y при обращении к ней можно совместить.

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 дважды интегрирование системы, сначала на отрезке [3/4 π, π], затем на том же отрезке справа налево, 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  YN(2), Y(2), DELTY(2), DF(10), RF(2), YP(2),
         *                        RY(10), RFN(2)
          EXTERNAL  F
          M = 2
          XN = 0.75*3.14159265359
          YN(1) = SQRT(2.)/2.
          YN(2) = -YN(1)
          XK = 3.14159265359
          DO 20  K = 1, 2
          H = 0.01
          CALL  DE27R (F, M, XN, YN, XK, H, Y, DELTY, DF, RF, YP, RY, 
         *                        RFN, IERR)
C    ПEЧATЬ ПPИБЛИЖEHHOГO ЗHAЧEHИЯ PEШEHИЯ
          PRINT 1, XK, Y
          XN = XK
          XK = 0.75*XN
          YN(1) = 0.
          YN(2) = -1.
    20   CONTINUE
           STOP
      1   FORMAT (3E18.9)

Результаты:

    после первого обращения к подпрограмме -
          XK                               Y(1)                         Y(2)
          3.141592654 + 00      -2.773237299-10      -1.000000000 + 00
 
    после второго обращения к подпрограмме -
          XK                               Y(1)                         Y(2)
          2.356194490 + 00       7.071067811-01      -7.071067815-01