อ่าน 3 นาที
วิธีออยเลอร์ย้อนกลับ
ใน การวิเคราะห์เชิงตัวเลข และ การคำนวณทางวิทยาศาสตร์ วิธี แบ็กเวิร์ดออยเลอร์ (หรือ วิธีออยเลอร์โดยปริยาย ) เป็นหนึ่งในวิธีการเชิงตัวเลขพื้นฐานที่สุด...
วิธีออยเลอร์ย้อนกลับ
ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลขและการคำนวณทางวิทยาศาสตร์วิธีแบ็กเวิร์ดออยเลอร์ (หรือวิธีออยเลอร์โดยปริยาย ) เป็นหนึ่งในวิธีการเชิงตัวเลขพื้นฐานที่สุดสำหรับการแก้สมการเชิงอนุพันธ์สามัญ วิธี นี้คล้ายกับ วิธีออยเลอร์ (มาตรฐาน) แต่แตกต่างตรงที่เป็นวิธีโดยปริยาย วิธีแบ็กเวิร์ดออยเลอร์มีข้อผิดพลาดอันดับหนึ่งในเชิงเวลา
คำอธิบาย
พิจารณาสมการเชิงอนุพันธ์สามัญ ที่มีค่าเริ่มต้นดังนี้ โดยที่ฟังก์ชันและข้อมูลเริ่มต้นและเป็นที่ทราบแล้ว ฟังก์ชันขึ้นอยู่กับตัวแปรจริงและ ไม่ทราบค่า วิธีการเชิงตัวเลขสร้างลำดับที่ประมาณ ค่า โดยที่เรียกว่าขนาดขั้นตอน
วิธี Euler ย้อนกลับคำนวณค่าประมาณโดยใช้[ 1 ] ซึ่งแตกต่างจากวิธี Euler (ไปข้างหน้า) ตรงที่วิธีไปข้างหน้าใช้ แทนที่
วิธี Backward Euler เป็นวิธีแบบปริยาย: การประมาณค่าใหม่ปรากฏอยู่ทั้งสองด้านของสมการ ดังนั้นวิธีนี้จึงต้องแก้สมการพีชคณิตสำหรับค่าที่ไม่ทราบสำหรับปัญหาที่ไม่แข็งทื่อสามารถทำได้ด้วยการวนซ้ำจุดคงที่ : หากลำดับนี้ลู่เข้า (ภายในค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนด) วิธีจะใช้ค่าลิมิตเป็นค่าประมาณใหม่[ 2 ]
อีกทางเลือกหนึ่งคือ สามารถใช้วิธีนิวตัน-ราฟสัน (โดยมีการดัดแปลงบางส่วน) เพื่อแก้สมการพีชคณิตได้
สำหรับสมการเชิงอนุพันธ์เชิงเส้น ขั้นตอนการปรับปรุง สามารถเขียนได้อย่างชัดเจนดังนี้
อนุพันธ์
การอินทิเกรตสมการเชิงอนุพันธ์จากถึง จะได้ผลลัพธ์ ดังนี้ จากนั้นประมาณค่าอินทิกรัลทางด้านขวาโดยใช้ วิธีสี่เหลี่ยมผืนผ้า ด้านขวา(โดยใช้สี่เหลี่ยมผืนผ้าหนึ่งอัน) สุดท้าย ใช้ค่าที่คาดว่าจะประมาณค่าและสูตรสำหรับวิธีออยเลอร์ย้อนกลับก็จะตามมา[ 3 ]
ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ จึงนำไปสู่ระเบียบวิธีของออยเลอร์ (แบบมาตรฐาน) หากใช้กฎสี่เหลี่ยมผืนผ้าด้านซ้ายแทนกฎสี่เหลี่ยมผืนผ้าด้านขวา
การวิเคราะห์

ข้อผิดพลาดการตัดทอนเฉพาะที่ (ซึ่งนิยามว่าเป็นข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในหนึ่งขั้นตอน) ของวิธี Backward Euler คือโดยใช้สัญกรณ์ Big Oข้อผิดพลาด ณ เวลาใดเวลา หนึ่ง คือนั่นหมายความว่าวิธีนี้มีลำดับที่หนึ่งโดยทั่วไปแล้ว วิธีที่มีLTE (ข้อผิดพลาดการตัดทอนเฉพาะที่) จะเรียกว่ามีลำดับที่ k
บริเวณเสถียรภาพสัมบูรณ์ของวิธีออยเลอร์ย้อนกลับคือส่วนเติมเต็มในระนาบเชิงซ้อนของดิสก์ที่มีรัศมี 1 และมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ 1 ดังแสดงในรูป[ 4 ]ซึ่งรวมถึงครึ่งซ้ายทั้งหมดของระนาบเชิงซ้อน ทำให้เหมาะสำหรับการแก้สมการแข็ง [ 5 ] ในความเป็นจริง วิธีออยเลอร์ย้อนกลับยัง มี เสถียรภาพ แบบ L อีกด้วย
บริเวณสำหรับ ระบบ เสถียร แบบไม่ต่อเนื่อง โดยวิธี Backward Euler คือวงกลมที่มีรัศมี 0.5 ซึ่งตั้งอยู่ที่ (0.5, 0) ในระนาบ z [ 6 ]
ส่วนขยายและการแก้ไข
วิธีออยเลอร์แบบย้อนกลับ (Backward Euler method) เป็นรูปแบบหนึ่งของวิธีออยเลอร์ (Forward Euler method ) รูปแบบอื่นๆ ได้แก่วิธีออยเลอร์แบบกึ่งชัดเจน (Semi-implicit Euler method)และวิธีออยเลอร์แบบเอกซ์โปเนนเชียล (Exponential Euler method )
วิธี Backward Euler สามารถมองได้ว่าเป็นวิธีการ Runge–Kuttaแบบขั้นตอนเดียว ซึ่งอธิบายได้ด้วยตาราง Butcher:
วิธีการนี้สามารถมองได้ว่าเป็นวิธีการเชิงเส้นหลายขั้นตอนที่มีขั้นตอนเดียว เป็นวิธีแรกในตระกูลวิธีการของอดัมส์-มอลตันและยังเป็นวิธีการแรกในตระกูลสูตรการหาอนุพันธ์ย้อนกลับ อีก ด้วย
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^บุชเชอร์ 2003 , หน้า 57
- ^บุชเชอร์ 2003 , หน้า 57
- ^บุชเชอร์ 2003 , หน้า 57
- ^บุชเชอร์ 2003หน้า 70
- ^บุชเชอร์ 2003หน้า 71
- ^ Wai-Kai Chen, บรรณาธิการ (2009). วงจรอนาล็อกและ VLSI คู่มือวงจรและตัวกรอง (ฉบับที่ 3). ชิคาโก สหรัฐอเมริกา: CRC Press.
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วิธีออยเลอร์ย้อนกลับ
ใน การวิเคราะห์เชิงตัวเลข และ การคำนวณทางวิทยาศาสตร์ วิธี แบ็กเวิร์ดออยเลอร์ (หรือ วิธีออยเลอร์โดยปริยาย ) เป็นหนึ่งในวิธีการเชิงตัวเลขพื้นฐานที่สุด...
คำอธิบาย
พิจารณา สมการเชิงอนุพันธ์สามัญ ที่มีค่าเริ่มต้นดังนี้ โดยที่ฟังก์ชันและข้อมูลเริ่มต้นและเป็นที่ทราบแล้ว ฟังก์ชันขึ้นอยู่กับตัวแปรจริงและ ไม่ทราบค่า วิธีการเชิงตัวเลขสร้างลำดับที่ประมาณ ค่า โดยที่เรียกว่าขนาดขั้นตอน ง y ง ที = เอฟ ( ที , y ) {\displaystyle...
อนุพันธ์
การอินทิเกรตสมการเชิงอนุพันธ์จากถึง จะได้ผลลัพธ์ ดังนี้ จากนั้นประมาณค่าอินทิกรัลทางด้านขวาโดยใช้ วิธีสี่เหลี่ยมผืนผ้า ด้านขวา(โดยใช้สี่เหลี่ยมผืนผ้าหนึ่งอัน) สุดท้าย ใช้ค่าที่คาดว่าจะประมาณค่าและสูตรสำหรับวิธีออยเลอร์ย้อนกลับก็จะตามมา [ 3 ] ง y ง ที = เอฟ (...
การวิเคราะห์
ข้อ ผิดพลาดการตัดทอนเฉพาะที่ (ซึ่งนิยามว่าเป็นข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในหนึ่งขั้นตอน) ของวิธี Backward Euler คือโดยใช้ สัญกรณ์ Big O ข้อผิดพลาด ณ เวลาใดเวลา หนึ่ง คือนั่นหมายความว่าวิธีนี้มี ลำดับที่หนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว วิธีที่มีLTE (ข้อผิดพลาดการตัดทอนเฉพาะที่)...