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RK:
Runge-Kutta ODE Solvers
MATH1902: Numerical Solution of Differential Equations
http://people.sc.fsu.edu/∼jburkardt/classes/math1902 2020/rk/rk.pdf
A fourth order Runge Kutta step involves several initial test steps.
ODE’s by a Runge-Kutta method
If the Euler method requires too many steps, we can select a more accurate solver from the Runge-
Kutta family.
1 How accurate is the Euler method?
We are interested in approximately solving an ordinary differential equation with an initial condition:
y
0
= f(t, y) (a given derivative function we will also call “dydt()”)
y(t
0
) = y
0
(a given initial value)
and so far we have used the forward Euler method. Given the pair of values (t
0
, y
0
) and a stepsize which we
call dt or h, the method produces the approximation (t
1
, y
1
) for the next time, where
t
1
= t
0
+ dt;
y
1
= y
0
+ dt ∗ dydt(t
0
, y
0
);
Now where did the Euler estimate come from? Let’s suppose the exact solution y(t) of the ODE is “reasonably
smooth” - in this case, assume it has at least two continuous derivatives over the time interval we are interested
in. Then by Taylor’s theorem we have
y(t
1
) = y(t
0
) + (t
1
− t
0
) y
0
(t
0
) +
1
2
(t
1
− t
0
)
2
y”(ξ)
1
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