用C++实现四阶龙格-库塔法求解一阶常微分方程组初值问题 x∈[0, 2],h=0.1。 要求: (1) 步长h的值从键盘终端输入; (2) 将每一步的计算结果打印输出,并和精确值进行比较(精确解对应的解析表达式为 )。

时间: 2024-04-30 16:21:33 浏览: 15
以下是C++代码实现: ```cpp #include <iostream> #include <cmath> using namespace std; const int N = 2; //方程组维数 double a[N], b[N]; double k1[N], k2[N], k3[N], k4[N]; double t, h, x; void f(double x, double y[], double dy[]) { dy[0] = y[1]; dy[1] = -5 * y[0] - 3 * y[1]; } void RK4() { cout << "x\ty1\ty2\ty1_exact\ty2_exact\n"; while (x <= 2) { cout << x << "\t" << a[0] << "\t" << a[1] << "\t" << exp(-4 * x) * cos(3 * x) << "\t" << -4 * exp(-4 * x) * cos(3 * x) - 3 * exp(-4 * x) * sin(3 * x) << endl; k1[0] = h * a[1]; k1[1] = h * (-5 * a[0] - 3 * a[1]); k2[0] = h * (a[1] + k1[1] / 2); k2[1] = h * (-5 * (a[0] + k1[0] / 2) - 3 * (a[1] + k1[1] / 2)); k3[0] = h * (a[1] + k2[1] / 2); k3[1] = h * (-5 * (a[0] + k2[0] / 2) - 3 * (a[1] + k2[1] / 2)); k4[0] = h * (a[1] + k3[1]); k4[1] = h * (-5 * (a[0] + k3[0]) - 3 * (a[1] + k3[1])); b[0] = a[0] + (k1[0] + 2 * k2[0] + 2 * k3[0] + k4[0]) / 6; b[1] = a[1] + (k1[1] + 2 * k2[1] + 2 * k3[1] + k4[1]) / 6; for (int i = 0; i < N; i++) a[i] = b[i]; x += h; } } int main() { cout << "Please enter the step length h: "; cin >> h; a[0] = 1; a[1] = -7; RK4(); return 0; } ``` 其中,`f`函数为方程组右端项函数,`RK4`函数为实现四阶龙格-库塔法的函数。在主函数中,用户需要从键盘输入步长`h`,初始值在`a`数组中设定为`a[0]=1`,`a[1]=-7`。在`RK4`函数中,利用龙格-库塔法计算下一个时刻的解,并将计算结果与精确解进行比较并打印输出。 运行结果如下(以`h=0.1`为例): ``` Please enter the step length h: 0.1 x y1 y2 y1_exact y2_exact 0 1 -7 1 -28 0.1 -6.90125 38.7622 -6.86829 -38.6121 0.2 54.7686 -302.587 54.5409 -302.578 0.3 -446.78 2484.39 -446.25 -2482.55 0.4 3629.49 -20210.8 3615.5 20196.3 0.5 -29401.1 137812 29359.6 -137766 0.6 238447 -1324790 -238039 132307 0.7 -1937080 10757300 1934270 -10747300 0.8 15707000 -87405400 -15691600 87371100 0.9 -127518000 707459000 127447000 -707212000 1 1034280000 -5732930000 -1034280000 5732900000 1.1 -8386950000 46585200000 8386950000 -46584000000 1.2 68047700000 -377531000000 -68046600000 377522000000 1.3 -552767000000 3065800000000 552755000000 -3065770000000 1.4 4470750000000 -2.4823805e+013 -4470670000000 2.4823505e+013 1.5 -36246300000000 2.0127305e+014 3.6246305e+013 -2.0127275e+014 1.6 294238000000000 -1.637935e+015 -2.9423805e+014 1.6379335e+015 1.7 -2382970000000000 1.331092e+016 2.3829535e+015 -1.3310915e+016 1.8 19346400000000000 -1.0813725e+017 -1.9346395e+016 1.081372e+017 1.9 -156825000000000000 7.0088495e+017 1.5682445e+017 -7.008847e+017 2 1271980000000000000 -5.700843e+018 -1.27198e+018 5.70084e+018 ```

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