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数值微分|向前差分和向后差分

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中心差分法详见:

数值微分|中心差分法(Central Finite Difference Approximations)

求区间端点的导数时,不能用中心差分法。考虑在    个离散点    给出函数的情况,由于中心差分在    的两侧使用函数的值,因此我们将无法计算导数    。显然,需要只在    的一侧求值的差分表达式。这些表达式称为向前和向后有限差分(forward and backward finite difference approximations)。

  • 一阶向前和向后差分

由泰勒公式可得到:

 
 
 
 

由(1)可得

 

或者

 

同理,由(2)可得

 

(6)称为求     的一阶向前差分公式。(7)称为求     的一阶向后差分公式。

由(1)(3)可得求     的一阶向前差分公式:

 

一阶向前差分法的系数见下表。

一阶向后差分法的系数见下表。

  • 二阶向前和向后差分

由(1)(3)消去    可得

 

 

或者

 

(10)称为求     的二阶向前差分公式。二阶向前差分法的系数见下表。

二阶向后差分法的系数见下表。

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来源:数值分析与有限元编程
python
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首次发布时间:2024-04-02
最近编辑:8月前
太白金星
本科 慢慢来
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