background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-1

EKSTRAPOLACJA ITEROWANA RICHARDSONA 

 

Do obliczenia pewnej wielkości stosuje się metodę numeryczną z 
parametrem h
. Wynikiem jej działania jest F(h). Wartością dokładną jest 
F(0).
 Trudności obliczeniowe rosną, gdy h maleje. 
 
Zakładamy, że znamy postać rozwinięcia (

)

h

(

F

3

h

a

n

,

n

....

p

p

p

3

2

1

<

<

....

h

a

h

a

h

a

a

)

h

(

F

p

p

p

3

2

1

3

2

1

0

+

+

+

=

 

,....

a

n

p

+

Ł

 
 

F(0) ekstrapolujemy na podstawie kilku obliczonych wartości  

F(h

0

),  F(q

-1

h

0

),  F(q

-2

h

0

),  F(q

-3

h

0

)... q>1 

 

Ekstrapolacja iterowana Richardsona pozwala na utworzenie ciągu 

funkcji 

F

, którego n-ty wyraz ma rozwinięcie: 

n

,

n

,

n

2

1

1

=

),

h

(

F

),

h

(

2

1

....

h

a

h

a

)

h

(

F

n

n

p

n

,

n

p

n

,

n

n

2

1

2

1

0

+

+

+

+

+

+

=

Instytut Automatyki Politechniki  ódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-2

 

Sposób obliczeń:   dana  wartość początkowa  h

0

 i liczba q>1, stosuje się 

wzór rekurencyjny
 
 

....

,

,

A

)

h

(

F

...,

,

,

k

,

q

A

A

A

A

...

,

,

m

),

h

q

(

F

A

n

p

k

,

m

k

,

m

k

,

m

k

,

m

m

,

m

k

4

3

3

2

1

1

2

1

0

0

1

1

1

1

0

0

=

=

+

=

=

=

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-3

1

Schemat obliczeń: 

 

1

1

=

k

,

m

k

,

m

A

A

1

1

p

q

)

h

(

F

A

,

0

0

0

=

)

h

q

(

F

A

,

0

1

0

1

=

1

0

,

1

0

1

p

,

q

A

A

)

h

q

(

F

A

,

0

2

0

2

=

1

0

1

1

0

2

p

,

q

A

)

h

q

(

F

A

,

0

3

0

3

=

1

0

2

1

0

3

p

,

q

A

Instytut Automatyki Politechniki Ł

1

2

p

q

A

F h

1 1

2

0

,

( )

=

A

F q h

2 1

2

1

0

,

(

)

=

1

2

1

1

2

1

p

,

,

q

A

A

A

F q h

3 1

2

2

0

,

(

)

=

1

2

2

1

3

1

p

,

,

q

A

A

 
 

k 0 

 

m  

 

 

 

 

 

 

+

 

 

+

= 

 

 

+

= 

 

)

h

(

F

A

,

0

2

1

1

=

,

A

)

h

q

(

F

A

,

0

1

2

1

2

=

,

A

)

h

q

(

F

A

,

0

2

2

1

3

=

 

ódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-4

 

k 0 

 

 

 

m  

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

  +

   

 

 

 

  +

 

+

=

   

 

A

F q h

3 0

3

0

,

(

)

=

  +

 

+

)

 

+

 

1

1

p

q

1

3

p

q

A

F h

0 0

0

,

( )

=

A

F q h

1 0

1

0

,

(

)

=

A

A

q

p

1 0

0 0

1

1

,

,

A

F q h

2 0

2

0

,

(

)

=

A

A

q

p

2 0

1 0

1

1

,

,

)

h

(

F

A

,

0

2

2

2

=

A

A

q

p

3 0

2 0

1

1

,

,

h

q

(

F

A

,

0

1

3

2

3

=

1

3

2

2

2

3

p

,

,

q

A

A

)

h

(

F

A

,

0

4

3

3

=

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-5

Zastosowanie do różniczkowania numerycznego 

L

+

+

+

+

=

+

)

x

(

f

!

h

)

x

(

'

'

f

!

h

)

x

(

'

hf

)

x

(

f

)

h

x

(

f

)

(

0

3

3

0

2

0

0

0

3

2

 

 
Różnica progresywna 
 

L

+

+

+

=

+

=

)

x

(

f

!

h

)

x

(

'

'

f

!

h

)

x

(

'

f

h

)

x

(

f

)

h

x

(

f

)

h

(

D

)

(

P

0

3

2

0

0

0

0

3

2

 

 
 

...

,

p

,

p

,

p

3

2

1

3

2

1

=

=

=

 

Instytut Automatyki Politechniki 

 

W4-6

Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

L −

+

+

=

+

x

(

f

h

)

x

(

'

'

f

h

)

)

3

2

Różnica centralna 

 

h

)

h

(

C

2

1

L

L

+

+

+

=

=

+

+

+

=

+

=

)

x

(

f

!

h

)

x

(

f

!

h

)

x

(

'

f

)

x

(

f

!

h

)

x

(

'

'

f

!

h

)

x

(

'

hf

)

x

(

f

)

!

!

x

(

'

hf

)

x

(

f

h

)

h

x

(

f

)

h

x

(

f

D

)

(

)

(

)

(

0

5

4

0

3

2

0

0

3

3

0

2

0

0

0

3

0

0

0

0

0

5

3

3

2

3

2

2

 

...

,

p

,

p

,

p

6

4

2

3

2

1

=

=

=

 

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-7

?

e

dx

d

x

x

=

=1

    

     h=10

-n

   

h

e

e

e

dx

d

h

x

x

+

=

1

1

-4

Łódzkiej - Metody Numeryczne wyk

e

e

h

1

+

-6

-12

-10

-8

-6

-2

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

n

lo

g10(

b

la

d)

 

Instytut Automatyki Politechniki 

ład 4

 

 

W4-8

h

e

dx

d

h

x

x

2

1

1

=

-12

-10

-8

 

     h=10

-n

 

-4

-2

0

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

n

log10(

b

la

d)

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 4

 

 

W4-9

Z Ekstrapolacji Richardsona 

 

0.2

0.4

0.6

h

0.8

1

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

lo

g10(

bl

ad)