Пусть дано дифференциальное уравнение
(3.22)
с начальным условием:
.
Выбрав достаточно малый шаг , постоим систему равноотстоящих друг от друга точек:
(3.23)
Искомую интегральную кривую
(рис. 3.10), проходящую через точку
, приближенно заменим ломаной
с вершинами
, звенья которой
прямолинейны между прямыми
и
и имеют подъем:
(3.24)
(это так называемая ломаная Эйлера).
Таким образом, звенья ломаной Эйлера в каждой вершине
имеют направление
, совпадающее с направлением интегральной кривой уравнения (3.22), проходящей через точку
.
Из формулы (3.24) вытекает, что значения могут быть определены (метод Эйлера) по формулам:
(3.25)
Для геометрического построения ломаной Эйлера выберем полюс и на оси ординат отложим отрезок
(см. рис. 3.10).
Очевидно, угловой коэффициент луча будет равен
. Поэтому, чтобы получить первое звено ломаной Эйлера, достаточно из точки
провести прямую
, параллельную лучу
, до пересечения с прямой
в некоторой точке
.
Приняв точку за исходную, откладываем на оси ординат отрезок
и через точку
проводим прямую
до пересечения в точке
с прямой
и т.д.
Метод Эйлера является простейшим численным методом интегрирования дифференциального уравнения. Недостатками метода Эйлера являются:
1) малая точность;
2) систематическое накопление ошибок.
Можно доказать, что если правая часть уравнения (3.22) непрерывна, то последовательность ломаных Эйлера про
на достаточно малом отрезке
равномерно стремится к искомой интегральной кривой .
Метод Эйлера легко распространяется на системы дифференциальных уравнений