2. Оценка влияния на результат ошибок округления в процессе вычислений.
Будем решать задачу (1) прогонкой. При реальных вычислениях на каждом шаге вычислительного процесса допускаются вычислительные погрешности, связанные с ошибками округления. Поэтому реальный вычислительный процесс ведется по формулам
Предположим, что для всех вычислительных погрешностей справедливы оценки
с достаточно малым
,
Покажем, что в этом случае в прогоночных формулах (10) ни один знаменатель не обращается в нуль, и оценим, насколько допускаемые погрешности могут исказить результат вычислений.
Обозначим
Очевидно, что сводка формул (10) может быть переписана так:
и рассматриваться как схема вычислительного процесса для решения разностной краевой задачи
со следующими возмущенными правыми частями и коэффициентами:
Докажем, что
Доказательство будем вести индукцией по l. При
Пусть для
неравенство (12) уже доказано. Для вычисления коэффициентов
используются только
при
Поэтому можно утверждать в силу (6), что
и что, следовательно,
Этим индукция завершается.
Таким образом, показано, что если
то вы полнены неравенства
а значит, справедливы оценки (6) и (8):
Мы видим, что в процессе вычислений но формулам (10) не придется делить на нуль.
Теперь из формул (11) для
и оценок (13) следуют неравенства
Таким образом, допуская на каждом шаге вычислительного процесса ошибки, не превосходящие
мы тем самым решаем систему с возмущенными коэффициентами и правыми частями.
Эти возмущения не превосходят
, где
зависит только от М, причем возмущения коэффициентов не превосходят также
.
Такие возмущения коэффициентов и правых частей приводят, как показывает оценка (10) из § 6, к погрешностям в
не превосходящим МЬ. Здесь М опять-таки зависит только от М. (Если
, то
так что погрешность решения будет
)
Если М, а тогда и М, не зависит от N, то, совершая при вычислениях по методу прогонки ошибки порядка
на каждом шаге процесса (число таких шагов пропорционально N), мы получим в ответе ошибки не больше чем
Таким образом, влияние на результат ошибки, допущенной на каком-либо шаге вычислений, не возрастает с ростом N. Более того, даже суммарное влияние ошибок, допущенных на всех шагах вычислений, тоже не возрастает.
Это замечательное свойство прогонки и послужило причиной ее широкого применения.