Mehrschrittverfahren
Das EULERsche Polygonzugverfahren (19.97) und das
RUNGE-KUTTA-Verfahren (19.99) stellen sogenannte
Einschrittverfahren dar, da sie bei der Berechnung von
nur auf das
Ergebnis
des vorangegangenen Schrittes zurückgreifen.
Allgemeine lineare Mehrschrittverfahren sind dagegen von der Form
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(19.101) |
mit geeignet gewählten Konstanten
und
.
Die Vorschrift (19.101) wird als
-Schrittverfahren bezeichnet, falls
ist.
Es heißt explizit , falls
ist, weil dann in den Werten
der rechten Seite von (19.101) nur die bereits
bekannten Näherungswerte
auftreten.
Ist
,
so heißt das Verfahren implizit , da dann der gesuchte
neue Wert
auf beiden Seiten von (19.101) auftritt.
Bei der Anwendung eines
-Schrittverfahrens ist die Kenntnis von
Startwerten
notwendig.
Diese verschafft man sich z.B. mit Hilfe eines Einschrittverfahrens.
Spezielle Mehrschrittverfahren zur Lösung der Anfangswertaufgabe (19.93) kann
man dadurch gewinnen, daß man in (19.93) die Ableitung
durch
Differenzenformeln ersetzt oder in (19.95) das Integral durch
Quadraturformeln approximiert.
Beispiele für spezielle Mehrschrittverfahren sind:
1. Mittelpunktsregel: Die Ableitung
in (19.93)
wird durch die Sekantensteigung bezüglich der Stützstellen
und
ersetzt.
Man erhält:
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(19.102) |
2. Verfahren von Milne:
Das Integral in (19.95) wird durch die SIMPSON-Formel
approximiert.
Man erhält:
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(19.103) |
3. Verfahren von Adams-Bashforth:Der Integrand in (19.95) wird durch das
Interpolationspolynom von LAGRANGE bezüglich der
Stützstellen
ersetzt.
Man integriert zwischen
und
und erhält:
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(19.104) |
Das Verfahren (19.104) ist explizit bezüglich
.
Zur Berechnung des Koeffizienten
s. Lit. 19.1.