ODE 数値解法比較 戻る EN · ZH
Numerical Methods

常微分方程式 数値解法比較

Euler法・ホイン法(RK2)・RK4を並列比較。ステップ幅hを変えて厳密解との誤差を直感的に可視化。

パラメータ設定
方程式タイプ
減衰係数 k 1.00
初期値 y₀ 1.00
ステップ幅 h 0.10
範囲: 0.001 〜 1.0(対数スケール)
時間範囲 T 10.0

精度の次数

大域誤差(Global Error):

Euler: $\mathcal{O}(h)$  |  RK2: $\mathcal{O}(h^2)$  |  RK4: $\mathcal{O}(h^4)$

Euler 最大誤差
RK2 最大誤差
RK4 最大誤差
計算ステップ数
大域誤差 |y_num − y_exact| vs t

数値解法の公式

Euler法(1次精度):

$$y_{n+1} = y_n + h\,f(t_n,\,y_n)$$

ホイン法 RK2(2次精度):

$$k_1 = f(t_n,y_n),\quad k_2 = f(t_n+h,\,y_n+hk_1)$$ $$y_{n+1} = y_n + \tfrac{h}{2}(k_1+k_2)$$

Runge-Kutta 4次(4次精度):

$$k_1=f(t_n,y_n),\; k_2=f\!\left(t_n+\tfrac{h}{2},y_n+\tfrac{h}{2}k_1\right)$$ $$k_3=f\!\left(t_n+\tfrac{h}{2},y_n+\tfrac{h}{2}k_2\right),\; k_4=f(t_n+h,y_n+hk_3)$$ $$y_{n+1}=y_n+\tfrac{h}{6}(k_1+2k_2+2k_3+k_4)$$
CAE連携: FEM動解析の時間積分(Newmark-β・中央差分法)はODE数値解法の応用。LS-DYNAの陽解法は臨界ステップ幅 $\Delta t_{cr}=2/\omega_{max}$ 以下で安定。ABAQUSの暗黙的解法は剛性方程式に有効。

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