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数値解析の問題

難易度 1教科書の例題レベル大学数学 数値解析

実数 の関数 についての初期値問題

を考える。刻み幅 のオイラー法

で近似値を計算する。 の近似値 を求めよ。答えは分数(または有限小数)で厳密に答えよ。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(44 技能)
算数中学高校大学大学院

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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 分数のたし算・ひき算
  2. 小数の四則計算
  3. 正負の数の加法・減法
  4. 分数のかけ算・わり算
  5. 四則の混じった計算の順序
  6. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  7. 分配法則を使った計算のくふう
  8. 文字式の計算(同類項・分配法則)
  9. 乗法公式による展開
  10. 因数分解
  11. 3 次式までの展開と因数分解
  12. 微分係数と導関数の定義
  13. 多項式の微分
  14. 多項式の不定積分
  15. 等間隔にならんだ数の和
  16. 等差・等比数列の和と Σ
  17. 数列の極限
  18. 関数の極限
  19. 積と商の微分
  20. 合成関数の微分
  21. 円の周の長さと面積
  22. おうぎ形の弧の長さと面積
  23. 弧の長さからおうぎ形の中心角と面積を求める
  24. 三角形・四角形の面積
  25. 約数の見つけ方
  26. 素因数分解と約数の個数
  27. 平方根の意味と根号の簡単化
  28. 三平方の定理
  29. 特別な直角三角形の辺の比
  30. 弧度法と単位円による三角関数
  31. の極限
  32. 加法定理と 2 倍角・半角・積和の公式
  33. 三角関数の導関数
  34. 根号の乗除と加減
  35. 指数の拡張と指数関数
  36. 対数の定義と性質
  37. 自然対数の底
  38. 指数関数・対数関数の導関数
  39. 基本的な関数の不定積分
  40. 置換積分
  41. 剰余の定理・因数定理と高次方程式
  42. 分数関数の積分(部分分数分解)
  43. 変数分離形
  44. オイラー法

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

オイラー法の漸化式 を、、 として 2 回適用する。

ヒント 2

各ステップでは、まず今の点での傾き を計算し、それに を掛けて に足す。

ヒント 3

1 ステップ目は傾き なので 。次は , での傾きを求めて を計算する。

答えと解説

答えを見る
結果を記録する(このブラウザにだけ保存されます):
解説を読む

オイラー法では、点 での傾き を使って

と 1 ステップずつ進める。この問題では 、、、 である。

1 ステップ目( から へ)

2 ステップ目( から へ)

よって である。

厳密解との比較: を解くと、厳密解は である(実際 、 を満たす)。 なので、近似値 との誤差は約 である。オイラー法は各ステップで傾きを区間の左端の値で固定するため、この問題のように解が下に凸で増加するときは厳密解より小さめの値になる。

答え:

別解

, より 。
次に より 。
検算:、。
厳密解 では で、オイラー法の値 1.22 は妥当な近似である。

この問題の確認

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