Convergence of the matrix method of numerical integration of the boundary value problems for linear nonhomogeneous ordinary differential second order equations with variable coefficients


Cite item

Full Text

Abstract

The problems of stability and convergence of previously proposed matrix method of numerical integration of boundary value problems with boundary conditions of the first, second and third kinds of nonhomogeneous linear ordinary differential second order equations with variable coeffcients are considered. Using of the Taylor polynomials of arbitrary degrees allowed to increase the approximation order of the method to an arbitrary natural number and to refuse from the approximation of derivatives by finite differences. When choosing the second degree Taylor polynomials the equation of the method coincided with the known equations of the traditional method of numerical integration of the boundary value problems where the derivatives are approximated by finite differences. It was shown that a suffcient criterion of stability when used in the method of Taylor polynomials of the third degree and more coincides with the suffcient criterion of stability of the traditional grid method for the numerical integration of boundary value problems with boundary conditions of the first, second and third kind. Theoretically, it is established that the degree of convergence of the matrix method for integration of boundary value problems with boundary conditions of the first kind is proportional to the degree of the used Taylor polynomials in the case, when the degree is even, and is proportional to the number that is one less than the degree if it is odd; when integrating the boundary value problems with boundary conditions of the second and third kind the degree of convergence of the method is proportional to the degree of the used Taylor polynomials regardless of its parity and one less than it. The obtained theoretical results are confirmed by numerical experiments.

About the authors

Vladimir N Maklakov

Samara State Technical University

Email: makvo63@yandex.ru
(Cand. Phys. & Math. Sci.), Associate Professor, Dept. of Higher Mathematics and Applied Informatics 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

  1. Keller H. B. Accurate difference methods for nonlinear two-point boundary value problems // SIAM J. Numer. Anal., 1974. vol. 11, no. 2. pp. 305-320. doi: 10.1137/0711028.
  2. Lentini M., Pereyra V. A variable order finite difference method for nonlinear multipoint boundary value problems // Math. Comp., 1974. vol. 28, no. 128. pp. 981-1003. doi: 10.1090/s0025-5718-1974-0386281-4.
  3. Keller H. B. Numerical solution of boundary value problems for ordinary differential equations: Survey and some resent results on difference methods / Numerical solutions of boundary value problems for ordinary differential equations; ed. A. K. Aziz. New York: Academic Press, 1975. pp. 27-88. doi: 10.1016/b978-0-12-068660-5.50007-7.
  4. Годунов С. К., Рябенький В. С. Разностные схемы. М.: Наука, 1977. 439 с.
  5. Формалеев В. Ф., Ревизников Д. Л. Численные методы. М.: Физматлит, 2004. 400 с.
  6. Самарский А. А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. 656 с.
  7. Самарский А. А., Гулин А. В. Численные методы. М.: Наука, 1989. 432 с.
  8. Самарский А. А., Гулин А. В. Устойчивость разностных схем. М.: Наука, 1973. 416 с.
  9. Boutayeb A., Chetouani A. Global extrapolations of numerical methods for a parabolic problem with nonlocal boundary conditions // International Journal of Computer Mathematics, 2003. vol. 80, no. 6. pp. 789-797. doi: 10.1080/0020716021000039209.
  10. Boutayeb A., Chetouani A. A numerical comparison of different methods applied to the solution of problems with non local boundary conditions // Applied Mathematical Sciences, 2007. vol. 1, no. 44. pp. 2173-2185, http://www.m-hikari.com/ams/ams-password-2007/ams-password41-44-2007/boutayebAMS41-44-2007.pdf.
  11. Радченко В. П., Усов А. А. Модификация сеточных методов решения линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами на основе тейлоровских разложений // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2008. № 2(17). С. 60-65. doi: 10.14498/vsgtu646.
  12. Маклаков В. Н. Оценка порядка аппроксимации матричного метода численного интегрирования краевых задач для линейных неоднородных обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.мат. науки, 2014. № 3(36). С. 143-160. doi: 10.14498/vsgtu1364.
  13. Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976. 598 с.
  14. Турчак Л. И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987. 320 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2015 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».