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用Runge-Kutta方法求解微分代数系统。 (英语) Zbl 0683.65050号

数学课堂笔记, 1409. 柏林等:Springer-Verlag。vii,139 p.DM 25.00(1989)。
在这本专著中,作者系统地研究了隐式和半显式Runge-Kutta方法在常微分方程微分代数系统离散逼近中的应用。还包括奇异摄动系统的应用。根据系统的置换指数,即在解的小扰动下残差的行为,对系统进行分类。
结果表明,Runge-Kutta方法的正确选择直接取决于系统的指标。讨论了指数(m=1,2,3)的显式选择(正规形式的系统具有指数(m=0))。给出了一些有趣的应用的数值结果。针对适用于索引\(m=1,2,3。\)的三阶段RADAU IIA Runge-Kutta方法,提出了一个新的Fortran代码RADAU 5
给定一个隐式形式的微分方程组(F(Y',Y)=0),方程沿[0,b]上的解Y具有扰动指数m,如果对于Y附近的所有Z,缺陷(δ(x)=F(Z',Z)满足\[\|Z(x)-Y(x)\|\leq C(\|Z(0)/Y(0)\|+\sum^{m-1}_{j=0}\max_{0\leqt\leqx}\delta^{(j)}(t)。\]对于指数为(m=1,2,3:)1,(m=1),(y'=f(y,z),四g(y,z)=0,且(g_z)可逆的系统,作者采用了以下标准形。2) (m=2)、(y'=f(y,z)、四g(y)=0和(g_yf_z)具有有界逆。3) (m=3)、(y'=f(y,z)、quad z'=k(y,z,u)、quad0=g(y,u)和(g_yf_zk_u)具有有界逆。哪种Runge-Kutta算法可以应用于系统取决于它采用的这些形式。适用的隐式Runge-Kutta方法分类如下J.C.屠夫[常微分方程的数值分析(1987;Zbl 0616.65072号)]和K.德克尔J.G.韦尔[Runge-Kutta方法对刚性非线性微分方程的稳定性(1984;Zbl 0571.65057号)]根据是使用高斯求积、拉道求积还是洛巴托求积。考虑的具体算法是高斯、拉多IA、IIA和洛巴托IIIA、IIIC。此外,单对角线法R.亚历山大【SIAM J.《数值分析》第14卷,1006-1021页(1977年;Zbl 0374.65038号)]和,共S.P.诺塞特P.汤姆森【BIT 26,100-113(1986年;Zbl 0627.65082号)]已覆盖。
第一章介绍了微扰指数的概念和微分代数系统的分类。第2章回顾了常微分方程和微分代数方程的Runge-Kutta方法,包括奇摄动系统的方法。第3-6章选择并描述了分别适用于指数(m=1,2,3)的方法。给出了这些方法的收敛性证明,包括相关摄动系统的收敛性。第7章介绍了适用于相关算法的简化牛顿法,第8章涉及局部误差估计。第9章总结了一些有趣的应用的数值结果,第10章介绍了代码RADAU 5。
这本专著中的材料代表了许多作者的最新研究成果,首次以统一的形式发表在这里。其中包括一个全面的参考书目和索引。

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65升05 常微分方程初值问题的数值解法
65H10型 方程组解的数值计算
65-02 与数值分析有关的研究论述(专著、调查文章)
34A34飞机 非线性常微分方程和系统
34E15号机组 常微分方程的奇异摄动

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