Applied Mathematics for Electrical Engineering (3130908)

BE | Semester-3   Winter-2019 | 26-11-2019

Q3) (c ( ii ))

State the formula for Runge-Kutta method of fourth order and use it to calculate y ( 0.2 ) , given that y'= x + y , y ( 0 ) = 1 taking h=0.1.

y'= x + y = f x , y 
 
Now, y( 0 ) = 1  y0 = 1 , x0 = 0
 
By Euler’s method : yn+1 = yn + 1 6  [ k1 + 2k2 + 2k3 + k4 ]
 
Where, xn = x0 + n h , n = 0, 1, 2, 3, 
 
k1 = h f xn , yn 
 
k2 = h f  xn + h2, yn + k1 2  
 
k3 = h f  xn + h2, yn + k2 2  
 
k4 = h f  xn + h, yn + k3 
 
For, n = 0
 
k1 = h f  x0 , y0 
 
k1 =  0.1  f 0 , 1 
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0 + 1 )
 
k1 = 0.1
 
k2 = h f  x0 + h2, y0 + k1 2  
 
k2 = ( 0.1 ) f  0 +  0.1 2, 1 +  0.1  2  
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.05, 1.05 )
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.05 + 1.05 )
 
k1 = 0.11
 
k3 = h f  x0 + h2, y0 + k2 2  
 
k2 = ( 0.1 ) f  0 +  0.1 2, 1 +  0.11  2  
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.05, 1.055 )
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.05 + 1.055 )
 
k1 = 0.1105
 
k4 = h f  x0 + h, y0 + k3 
 
k1 =  0.1  f  0+0.1 , 1+0.1105 
 
k1 =  0.1  f  0.1 , 1.1105 
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.1 + 1.1105 )
 
k1 = 0.1211
 
Now, y1 = y0 + 1 6  [ k1 + 2k2 + 2k3 + k4 ]
 
Now,k1 = 1 + 1 6  ( 0.1 + 2 ( 0.11 ) + 2 ( 0.1105 ) + 0.1211 )
 
Now,k1 = 1 + 1 6  ( 0.6631 )
 
Now,k1 = 1.1105
 
Now, x1 = x0 + h = 0 + 0.1 = 0.1
 
For, n = 1
 
k1 = h f  x1 , y1 
 
k1 =  0.1  f  0.1 , 1.1105 
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.1 + 1.1105 )
 
k1 = 0.1211
 
k2 = h f  x1 + h2, y1 + k1 2  
 
k2 = ( 0.1 ) f  0.1 +  0.1 2, 1.1105 +  0.1211  2  
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.15 , 1.1711 )
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.15 + 1.1711 )
 
k1 = 0.1321
 
k3 = h f  x1 + h2, y1 + k2 2  
 
k2 = ( 0.1 ) f  0.1 +  0.1 2, 1.1105 +  0.1321  2  
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.15, 1.1766 )
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.15 + 1.1766 )
 
k1 = 0.1327
 
k4 = h f  x1 + h, y1 + k3 
 
k1 =  0.1  f  0.1+0.1 , 1.1105+0.1327 
 
k1 =  0.1  f  0.2 , 1.2432 
 
k1 = ( 0.1 ) ( 0.2 + 1.2432 )
 
k1 = 0.1443
 
Now, y2 = y1 + 1 6  [ k1 + 2k2 + 2k3 + k4 ]
 
Now,k1 = 1.1105 + 1 6  ( 0.1211 + 2 ( 0.1321 ) + 2 ( 0.1327 ) + 0.1443 )
 
Now,k1 = 1.1105 + 1 6  ( 0.7950 )
 
Now,k1 = 1.2430
 
Therefore, y ( 0.2 ) = 1.2430