

Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
This course contains solution of non linear equations and linear system of equations, approximation of eigen values, interpolation and polynomial approximation, numerical differentiation, integration, numerical solution of ordinary differential equations. This lecture includes: Richardson, Extrapolation, Method, Accuracy, Derivative, Function, Manner, Two, Point, Truncation, Error, Taylor, Series
Typology: Lecture notes
1 / 3
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!


To improve the accuracy of the derivative of a function, which is computed by starting
with an arbitrarily selected value of h, Richardson’s extrapolation method is often
employed in practice, in the following manner:
SSuuppppoossee wwee uussee ttwwoo--ppooiinntt ffoorrmmuullaa ttoo ccoommppuuttee tthhee ddeerriivvaattiivvee ooff aa ffuunnccttiioonn,, tthheenn wwee hhaavvee
( ) ( ) ( ) 2
( )
T
T
y x h y x h y x E h
F h E
WWhheerree EE T T
iiss tthhee ttrruunnccaattiioonn eerrrroorr.. UUssiinngg TTaayylloorr’’ss sseerriieess eexxppaannssiioonn,, wwee ccaann sseeee tthhaatt
2 4 6 ET = c h 1 + c h 2 + c h 3 +"
TThhee iiddeeaa ooff RRiicchhaarrddssoonn’’ss eexxttrraappoollaattiioonn iiss ttoo ccoommbbiinnee ttwwoo ccoommppuutteedd vvaalluueess ooff y ′( ) x
uussiinngg tthhee ssaammee mmeetthhoodd bbuutt wwiitthh ttwwoo ddiiffffeerreenntt sstteepp ssiizzeess uussuuaallllyy hh aanndd hh//22 ttoo yyiieelldd aa
hhiigghheerr oorrddeerr mmeetthhoodd.. TThhuuss,, wwee hhaavvee
2 4 1 2 y ′( ) x = F h ( ) + c h + c h +"
And
2 4
( ) (^1 ) 2 4 16
h h h y x F c c
HHeerree,, cc i i
araree ccoonnssttaannttss,, iinnddeeppeennddeenntt ooff hh,, aanndd FF((hh)) aanndd FF((hh//22)) rreepprreesseenntt aapppprrooxxiimmaattee
vvaalluueess ooff ddeerriivvaattiivveess.. EElliimmiinnaattiinngg cc (^1 )
frfroomm tthhee aabboovvee ppaaiirr ooff eeqquuaattiioonnss,, wwee ggeett
4 6 1
h F F h
y x d h O h
NNooww aassssuummiinngg tthhaatt
1
h F F h h F
EEqquuaattiioonn ffoorr yy’’((xx)) aabboovvee rreedduucceess ttoo
4 6 ( ) 1 1 ( ) 2
h y x F d h O h
TThhuuss,, wwee hhaavvee oobbttaaiinneedd aa ffoouurrtthh--oorrddeerr aaccccuurraattee ddiiffffeerreennttiiaattiioonn ffoorrmmuullaa bbyy ccoommbbiinniinngg ttwwoo
rreessuullttss wwhhiicchh aarree ooff sseeccoonndd--oorrddeerr aaccccuurraattee.. NNooww,, rreeppeeaattiinngg tthhee aabboovvee aarrgguummeenntt,, wwee hhaavvee
4 6 ( ) 1 1 ( ) 2
h y x F d h O h
4 1 6 ( ) 1 ( ) 4 16
h d h y x F O h
EElliimmiinnaattiinngg dd 11
ffrroomm tthhee aabboovvee ppaaiirr ooff eeqquuaattiioonnss,, wwee ggeett aa bbeetttteerr aapppprrooxxiimmaattiioonn aass
6 ( ) 2 ( ) 4
h y x F O h
WWhhiicchh iiss ooff ssiixxtthh--oorrddeerr aaccccuurraattee,, wwhheerree
2 1 2 1
(^2 )
h h F F h F
This extrapolation process can be repeated further until the required accuracy is achieved,
which is called an extrapolation to the limit. Therefore the equation for F 2
above can be
generalized as
m m m m m
m (^) m m
h h F F h F
m
− − −
WWhheerree^ FF 00
((hh)) == FF((hh))..
TToo iilllluussttrraattee tthhiiss pprroocceedduurree,, wwee ccoonnssiiddeerr tthhee ffoolllloowwiinngg eexxaammppllee..
yy == --11//xx,, wwiitthh hh == 00..0^011228 8,, 00..0^000664 4,, 00..0^000332 2..
TToo ssttaarrtt wwiitthh,, wwee ttaakkee,, hh == 00..0^011228 8,, tthheenn ccoommppuuttee FF ((hh)) aass
y x h y x h F h h
SSiimmiillaarrllyy,, FF((hh//22)) == 4 4006 6..6 66622773 3.. TThheerreeffoorree,, uussiinngg EEqq.. ((77..3 30 0)),, wwee ggeett
1
h h F F h
WWhhiicchh iiss aaccccuurraattee ttoo OO((hh
)).. HHaallvviinngg tthhee sstteepp ssiizzee ffuurrtthheerr,, wwee ccoommppuuttee
2
h F
And