3.3.2.     МЕТОД АДАМСА

Этот метод численного интегрирования разработан Адамсом в 1855 г. по просьбе известного английского артиллериста Башфорта, занимавшегося внешней баллистикой. Впоследствии этот метод был забыт и вновь открыт в начале XX века норвежским математиком Штермером. Популяризация метода Адамса и дальнейшее его усовершенствование связаны с именем А.Н. Крылова.

Изложим метод Адамса применительно к уравнению первого порядка

                                                    (3.12)

с начальным условием

.                                                   (3.13)

Пусть  – система равноотстоящих значений с шагом . Очевидно, тогда имеем

                                               (3.14)

В силу второй интерполяционной формулы Ньютона с точностью до разностей четвертого порядка получаем:

                    (3.15)

где

,

или

               

Подставляя выражение (3.16) в формулу (3.15) и учитывая, что , будем иметь:

Отсюда получаем экстраполяционную формулу Адамса

                   (3.16)

Для начала процесса нужны четыре начальных значения , так называемый начальный отрезок, который определяют, исходя из начального условия (3.13), каким-нибудь численным методом. Можно, например, использовать метод Рунге-Кутта или разложение в ряд Тейлора:

где . Зная начальные значения , из уравнения (3.12) можно найти значения производных  и составить таблицу разностей:

           (3.17)

Дальнейшие значения  искомого решения можно шаг за шагом вычислять по формуле Адамса, пополняя по мере необходимости таблицу разностей (3.17).

Для контроля сходимости метода рекомендуется, вычислив первое приближение для  по формуле

,

определить  и подсчитать конечные разности:

                              (3.18)

затем найти второе приближение по более точной формуле:

                  (3.19)

Если  и  отличаются лишь на несколько единиц последнего сохраняемого десятичного разряда, то можно положить , а затем, найдя

,

посчитать заново конечные разности (3.18). После этого, строго говоря, следует снова найти   по формуле (3.19). Поэтому шаг h должен быть таким, чтобы этот пересчет был излишним.

На практике шаг h выбирают столь малым, чтобы можно было пренебречь выражением  в формуле (3.19).

Если же расхождение величин  и  значительно, то следует уменьшить шаг h.

Обычно шаг h уменьшают ровно в два раза. Покажем, как в этом случае, имея до некоторого значения i таблицу величин xjyj, с шагом , можно просто построить таблицу величин:

с шагом      

Для краткости введем сокращенные обозначения:

На основании формулы (3.15) будем иметь:

                 (3.20)

где . Отсюда, полагая

и учитывая, что

находим

                         (3.21)

После этого составляем начальный отрезок для таблицы значений :

,

и находим конечные разности:

Дальше таблица значений продолжается обычным путём, посредством соответствующей модификации формулы (3.16):

.

Для работы на электронных счетных машинах формулу Адамса (3.16) выгодно применять в раскрытом виде. Учитывая, что

.

После приведения подобных членов имеем;

При этом .