Metodo de Runge-Kutta

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Método de Runge-Kutta

La convergencia lenta del método de Euler y lo restringido de su región de estabilidad absoluta nos lleva a considerar métodos de orden de convergencia mayor, un ejemplo es el llamado método Runge-Kutta de orden cuatro definido por las fórmulas:

La exactitud del metodo de Runge-Kutta es mucho mayor que el de Euler.

Código Fuente

En este ejemplo vamos a resolver la ecuacion diferencial :

mediante el metodo de Runge-Kutta con n=20, en el intervalo [0, 1].

runge.gif

/*
 dy/dt = 1.0 - t + 4.0*y
 y(0.0) = 1.0
*/

#include <GL/glut.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MAXPUNTOS	20

double y[MAXPUNTOS+1];
double t[MAXPUNTOS+1];

double f(double t, double y)
{
 return (1.0 - t+ 4.0*y);
}

//solucion exacta de la ecuacion diferencial
double exacta(double t)
{
 return (t/4.0 - 3.0/16.0 + (19.0/16.0)*exp(4.0*t));
}

void RK4(double tinicial, double tfinal, double yinicial, int n)
{
 double k1, k2, k3, k4;
 double h;
 int i;

 h=(tfinal-tinicial)/n;
 t[0]=tinicial;
 y[0]=yinicial;
 for (i=0; i<n; i++)
	{
	k1=h*f(t[i], y[i]);
	k2=h*f(t[i]+h/2.0, y[i]+k1/2.0);
	k3=h*f(t[i]+h/2.0, y[i]+k2/2.0);
	k4=h*f(t[i]+h, y[i]+k3);
	y[i+1]=y[i]+(1.0/6.0)*(k1 + 2.0*k2 + 2.0*k3+ k4);
	t[i+1]=t[i] + h;
	}
}

void init(void)
{
 RK4(0.0, 1.0, 1.0, MAXPUNTOS);
}

void display(void)
{
 int i;

 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 glMatrixMode( GL_MODELVIEW_MATRIX );
 glLoadIdentity();

 //grafica de la solucion exacta en color Verde
 glColor3f(0.0,1.0,0.0);  
 glBegin(GL_LINE_STRIP);
 for (i=0; i<MAXPUNTOS; i++)
 	 glVertex2f(t[i], exacta(t[i]));
 glEnd();

 //grafica de la solucion numerica en color Blanco
 glColor3f(1.0,1.0,1.0);
 glBegin(GL_LINE_STRIP);
 for (i=0; i<MAXPUNTOS; i++)
	 glVertex2f(t[i], y[i]);
 glEnd();

 
 glFlush ();
}

void reshape (int w, int h)
{
 if (!h)
	return;
 glViewport(0, 0, w, h);
 glMatrixMode(GL_PROJECTION);
 glLoadIdentity();
 gluOrtho2D(0.0, 1.0, 0.0, 40.0);
 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 glLoadIdentity();
}

void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
 switch (key) 
   {
   case 27: exit(0);
             break;
   }
}    

int main(int argc, char** argv)
{
 glutInit(&argc, argv);
 glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
 glutInitWindowSize (350, 350); 
 glutInitWindowPosition (0, 0);
 glutCreateWindow ("Metodo de Runge-Kutta");
 init ();
 glutDisplayFunc(display); 
 glutReshapeFunc(reshape);
 glutKeyboardFunc(keyboard);
 glutMainLoop();
 return 0;
}


valcoey@hotmail.com

Ramiro Alcocer, 2001

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