二阶常微分方程-龙格库塔法

2024-03-17 11:44

本文主要是介绍二阶常微分方程-龙格库塔法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

当刚体受力以后,通常会在介质中运动受到阻力,一般阻力大小正比速度,即kv,或者速度的平方kv^2,方向相反,速度是物体位移-时间微分曲线x(t)的一阶导x’=v,加速度是二阶导x’’=a,假设受力为T,质量为m,这样t时刻,对象受力情况为
f(t)=T-kv=ma

T-kx’=mx’’ 化为
x’’=T/m-kx’
这是一个二阶常微分方程
x’’=f(t,x,x’)
初值x(t0)=x0, x’(t0)=x’0

令x’=v,则化为一个一阶常微分方程
v’=f(t,x,v)
四阶龙格库塔法的推导表达式格式如下,其中h为时间步长dt当前步下标为i,下一步为j:
xj=xi + h* vi + (h* h/6.0)(L1+L2+L3);
vj=vi + (h/6.0)(L1+2* L2+2* L3+L4);
其中
hf=h/2.0;
L1=f(ti, xi, vi)
L2=f(ti+hf, xi+hf* vi, vi+hf* L1)
L3=f(ti+hf, xi+hf* vi+hf* hf* L1, vi+hf* L2)
L4=f(ti+h, xi+hf* vi+h* hf* L2, vi+h* L3)

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