7






7.4. Численные методы решения краевых задач

 

7.4.1. Метод конечных разностей

 

Дано:   - ЛДУ 2-го порядка,

            и  линейные краевые условия:

    

 

Алгоритм решения задачи методом конечных разностей

 

1. Разобьем отрезок [a, b] на n равных частей длиной h (например, на 4 части) и получим точки на оси абсцисс: . Значения функции y(x)  в них:

 - являются неизвестными в задаче.

 

2. Заменим значения производных искомой функции y(x) во внутренних точках разбиения отрезка симметричными конечно-разностными аппроксимациями:

                                                        

 

3. Тогда во внутренних точках разбиения отрезка получим из ДУ:

Это система из  (n-1) линейного уравнения с (n+1) неизвестным.

 

4. Воспользуемся краевыми условиями и найдём:

 

5. Остальные неизвестные найдём из системы.

 

6. Запишем решение задачи в виде табличной функции и построим ее график.

Замечание.

Симметричные конечно-разностные аппроксимации получены из разложения функции y(x) в ряд Тейлора в точках  и  . В каждом из случаев взяты 3 члена ряда.

(1)      

(2)      

 

Тогда из (1)-(2) получим:  или ,

а из (1)+(2) получим:  или