در مسائل مقدار اولیه، مقدار تابع در نقطه شروع داده می شود و با استفاده از روش های موجود مقدار آن را در سایر نقاط بدست می آوریم. در اینصورت منحنی تغییرات متغیر تابع بر حسب متغیر مستقل قابل رسم خواهد بود.
از جمله روش های حل مسائل مقدار اولیه می توان به روش های تیلور، اویلر و رانگ کاتا مرتبه دوم، سوم و چهارم اشاره نمود. در کلیه این روش ها مختصات هر نقطه با استفاده از مختصات نقطه ماقبلش بدست می آید. اساس کلیه این روش ها، استفاده از سری تیلور است.
تذکر: برای مطالعه توضیحات بیشتر به کتاب «کاربرد ریاضیات در مهندسی شیمی - روش های عددی» نوشته دکتر خراط مراجعه کنید.
روش اویلر:
در اینجا قصد دارم به بررسی یک مثال به روش اویلر بپردازم.
مثال:
معادله دیفرانسیل زیر را با استفاده از روش اویلر و برای حالت h = 0.5 حل کنید و مقدار تابع را تا x = 3.5 محاسبه کنید.
حل با استفاده از زبان برنامه نویسی پایتون (کدنویسی در محیط Spyder):
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
x0=1
y0=1
xf=3.5
n=6
h=(xf-x0)/(n-1)
x=np.linspace(x0,xf,n)
y=np.zeros([n])
y[0]=y0
for i in range(1,n):
y[i]=y[i-1]+h*x[i-1]*y[i-1]**(1/3)
for i in range(n):
print(x[i],y[i])
plt.plot(x,y,'o')
plt.xlabel('value of x')
plt.ylabel('value of y')
plt.title('Approximate Solution with Euler Method')
plt.show()
نتایج:
1.0 1.0
1.5 1.5
2.0 2.35853568191
2.5 3.6896463079
3.0 5.62119172863
3.5 8.28825954375
