用四阶龙格库塔法(RK4)求解二阶微分方程

news/2025/1/3 3:30:29/
import math
import matplotlib.pyplot as plt# 龙格-库塔法的定义
def runge_kutta(y, h, f):k1 = h * f(t, x1, x2)k2 = h * f(t + 0.5 * h, x1 + 0.5 * k1, x2 + 0.5 * k1)k3 = h * f(t + 0.5 * h, x1 + 0.5 * k2, x2 + 0.5 * k2)k4 = h * f(t + h, x1 + k3, x2 + k3)return y + (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) / 6.# 微分方程函数的定义
def func_x1(t, x1, x2):return x2def func_x2(t, x1, x2):v1 = - t ** 2 / 4v2 = math.exp(v1)return 4 * v2 / x1 ** 3 - (1 + 2 * x2 ** 2) / x1if __name__ == '__main__':dt = 0.001  # 步长# 边界条件t = 0x1 = 0.0063  # 初值x2 = 0x1s, x2s, ts = [], [], []# Runwhile t <= 16:  # 迭代边界x1 = runge_kutta(x1, dt, func_x1)x2 = runge_kutta(x2, dt, func_x2)t += dtx1s.append(x1)x2s.append(x2)ts.append(t)# Plotplt.subplot(2, 1, 1)plt.plot(ts, x1s, label='y')plt.legend()plt.grid()  # 图注plt.subplot(2, 1, 2)plt.plot(ts, x2s, label='dy / dx')plt.legend()plt.grid()plt.show()

用四阶龙格库塔法(RK4)求解如下的二阶微分方程(ODE):

y\frac{d^{^{2}}y}{dx^{2}} + 2 (\frac{dy}{dx})^{2} + 1 = \frac{4e^{^{-\frac{x^{2}}{4}}}}{y^{2}}

做变化:

x1 = y  

x2 = y' =  dy / dx

降阶成一阶微分方程

然后用x1和x2表示出原方程的一阶和二阶函数:

dy/dx = x2

dy2/dx2 = 4e^(-t2/4)/x1^3 - (1+2x2^2)/x1


http://www.ppmy.cn/news/259370.html

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