3. Схемы с пересчетом, или схемы предиктор-корректор.
При построении разностных схем, аппроксимирующих нестационарные задачи, может быть использована та же идея, которая лежит в основе конструкции схем Рунге — Кутта для обыкновенных дифференциальных уравнений, — идея пересчета. Пересчет позволяет повысить порядок аппроксимации, получаемый по исходной схеме, не использующей пересчета. Кроме того, в случае квазилинейных дифференциальных уравнений пересчет дает дополнительную возможность получения так называемых дивергентных схем, о которых будет идти речь в § 30.
Напомним идею пересчета на примере простейшей из схем Рунге — Кутта численного решения задачи Коши для уравнения
Если значение
в точке
уже вычислено, то для вычисления
находим предварительно вспомогательную величину
пользуясь простейшей схемой Эйлера (схема «предиктор»)
а затем осуществляем корректирующий пересчет по схеме
Вспомогательная величина
найденная по схеме первого порядка точности, позволяет приближенно найти угловой коэффициент интегральной кривой в середине отрезка
и получить
по формуле (20) с большей точностью, чем это было бы по схеме Эйлера (19).
Мы уже отмечали в п. 4 § 19, что все соображения остаются
в силе, если
будут конечномерными векторами,
вектор-функцией. Но можно пойти и дальше, а именно считать
элементами функционального пространства, а
оператором в этом пространстве. Например, задачу Коши
, можно считать задачей вида (18), если положить
так что при каждом t под у надо понимать функцию аргумента
, а под операцией
понимать оператор
Приведем пример разностной схемы с пересчетом для задачи (21).
Пример. Пусть сеточная функция
при данном
уже вычислена. Найдем вспомогательную сеточную функцию
отнесенную к моменту времени
и к точкам
воспользовавшись следующей схемой первого порядка точности:
Затем осуществим коррекцию и найдем
с помощью схемы
Исключая
из уравнений (22), (23), получим схему
Эта схема при
совпадает со схемой (17). Случай
несущественно отличается от разобранного. Схема (24), а значит, и схема с пересчетом (22), (23) имеют второй порядок аппроксимации по