比例方程两步Runge-Kutta方法的数值稳定性

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比例微分方程是延迟微分方程的一个重要分支,被广泛地应用到电动力学、非线性动力系统、自动控制、生态学、金融等许多领域,促进了社会的发展。一般来说比例微分方程的理论解不易求出,因此用数值方法求解比例微分方程有着重要意义。两步Runge-Kutta方法是由Byren与Lambert提出的,Jackiewicz将其推广到一般的形式。两步Runge-Kutta方法中,函数在当前点的近似值只与其在前两步的近似值和级值有关,而且不需要额外的函数计算就可获得额外的自由度。与同级的单步Runge-Kutta方法相比,此数值方法的工作量没有额外增加,程序运行时,两步Runge-Kutta方法的效率比单步Runge-Kutta方法的效率高,用较少的级数就能达到与单步Runge-Kutta方法同样的阶,且两步Runge-Kutta方法的精度也较高。本文研究了两种比例微分方程两步Runge-Kutta方法的数值稳定性,其一,研究线性比例微分方程两步Runge-Kutta方法的数值稳定性,应用定步长的数值方法求解渐近稳定的比例微分方程,并分析数值方法能否保持方程的渐近稳定性,进一步,针对渐近稳定的矩阵系数比例微分方程,讨论数值方法的渐近稳定性。在此基础上,考虑特殊的数值方法能保持方程渐近稳定性应满足的条件。其二,用两步Runge-Kutta方法求解中立型比例微分方程,在方程解析解渐近稳定的条件下,讨论数值解的渐近稳定性,进一步,分析矩阵系数中立型比例微分方程的数值稳定性。最后,用数值例子对本文结论进行检验。
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