Escrito por estudiantes que aprobaron Inmediatamente disponible después del pago Leer en línea o como PDF ¿Documento equivocado? Cámbialo gratis 4,6 TrustPilot
logo-home
Otro

Numerical Methods II (APM3711) – University of South Africa – Assignment 01 Solutions and Worked Examples

Puntuación
-
Vendido
-
Páginas
896
Subido en
23-03-2026
Escrito en
2025/2026

This document contains detailed solutions to Assignment 01 for Numerical Methods II, covering key numerical techniques such as Euler’s method, Taylor series expansion, Runge-Kutta methods, and finite difference methods. It includes step-by-step calculations, tables, and comparisons with analytical solutions to support understanding. The material is aligned with semester coursework and is useful for exam preparation, especially for mastering numerical solution methods for differential equations and boundary value problems.

Mostrar más Leer menos
Institución
Grado

Vista previa del contenido

APM3711/201/1/2018




Tutorial letter 201/1/2018


Numerical Methods II
APM3711

Semester 1


Department of Mathematical Sciences


IMPORTANT INFORMATION:
This tutorial letter contains important information about your
module.




BARCODE




Define tomorrow.

, ONLY FOR SEMESTER 1 STUDENTS
ASSIGNMENT 01

FIXED CLOSING DATE: 15 MARCH 2018
Unique Number: 635303


Question 1
Use the simple Euler method for the differential equation.


dy x
= , y(0) = 1,
dx y
with

(a) h = 0.2,

(b) h = 0.1

to get y(1). Compare your numerical solution with the analytical solution,

y 2 = 1 + x2 .


SOLUTION


QUESTION 1
For the simple Euler method, the algorithm is

yn+1 = yn + hf (xn , yn ) = yn + hyn′

where x0 = 0, y0 = y (0) = 1 and
x
f (x, y) = .
y
We will arrange the calculations in the form of a table with columns for xn , yn , yn′ , hyn′ . The table
will be filled one row at the time: We use xn and yn to find

yn′ = f (xn , yn ) ,

then multiply by h to get hyn′ , and add this to yn to get yn+1 for the next row.
(a) h = 0.2




2

, APM3711/201/1/2018

xn yn yn′ hyn′
0.0 1.0 0.0 0.0
0.2 1.0 0.2 0.04
0.4 1.04 0.384615384 0.076923076
0.6 1.116923077 0.537190082 0.107438016
0.8 1.224361094 0.65340201 0.130680402
1.0 1.355041496

(b) h = 0.1

xn yn y′n hy ′ n
0.0 1.0 0.0 0.0
0.1 1.0 0.1 0.01
0.2 1.01 0.198019802 0.0198019802
0.3 1.02980198 0.291318142 0.0291318142
0.4 1.058933794 0.37773844 0.037773844
0.5 1.096707638 0.455910018 0.0455910018
0.6 1.14229864 0.525256687 0.0525256687
0.7 1.194824309 0.585860192 0.0585860192
0.8 1.253410328 0.638258662 0.0638258662
0.9 1.317236194 0.683248762 0.0683248762
1.0 1.38556107

The analytical solution is

y 2 = 1 + x2

⇒ y = ± 1 + x2

of which only the “+” sign gives a solution to the initial value problem with y (0) = 1. So,

y = 1 + x2 .

At x = 1, this gives y (1) = 2 = 1.414213562. Let us compare our results with this:


Exact solution: 1.414213562 error
Euler with h = 0.2: 1.355041496 0.059172066
Euler with h = 0.1: 1.38556107 0.028652492

Note that halving the step size from h = 0.2 to h = 0.1 has halved the error. This is as expected,
since the global error in the Euler method is O (h), that is, proportional to h.

Question 2
Solve the differential equation given below by means of the Taylor-series expansion to get the value
of y at x = 1.1. Use terms up to x6 and ∆x = 0.1.
d2 y
2
= xy 2 − 2yy ′ + x3 + 4,
dx
y(1) = 1, y ′(1) = 2.


3

, SOLUTION
Given
dy 2
= xy 2 − 2yy ′ + x3 + 4, y (1) = 1, y ′ (1) = 2
dx2
We approximate y (1.1) by the truncated Taylor series

′ (0.1)2 ′′ (0.1)6 (6)
y (1.1) ≃ y (1) + (0.1) y (1) + y (1) + . . . + y (1) (1)
2 6!
The derivatives at x = 1 are calculated in the way illustrated on p. 453 [398] of Gerald :
′′
y (x) = xy 2 − 2yy ′ + x3 + 4,
∴ y ′′ (1) = 1 · 12 − 2 · 1 · 2 + 13 + 4 = 2

y ′′′ (x) = y 2 + 2xyy ′ − 2 (y ′)2 − 2yy ′′ + 3x2 + 4,
∴ y ′′′ (1) = 1 + 4 − 8 − 4 + 3 = −4

y (4) (x) = 2yy ′ + 2yy ′ + 2x (y ′)2 + yy ′′ − 4y ′y ′′ − 2y ′ y ′′ − 2yy ′′′ + 6x


= 2 [y (2y ′ + xy ′′ − y ′′′) + y ′ (xy ′ − 3y ′′) + 3x] ,
(4)
∴ y (1) = 2 [1 (4 + 2 + 4) + 2 (2 − 6) + 3] = 10


y (5) (x) = 2 y ′ (2y ′ + xy ′′ − y ′′′ ) + y 2y ′′ + y ′′ + xy ′′′ − y (4)
 

+ y ′′ (xy ′ − 3y ′′) + y′ (y ′ + xy ′′ − 3y ′′′ ) + 3]
= 2 y 3y ′′ + xy ′′′ − y (4) + y ′ (3y ′ + 3xy ′′ − 4y ′′′ ) − 3 (y ′′)2 + 3 ,



∴ y (5) (1) = 2 [1 (6 − 4 − 10) + 2 (6 + 6 + 16) − 3 (4) + 3] = 78

y (6) (x) = 2 y ′ 3y ′′ + xy ′′′ − y (4) + y 3y ′′′ + y ′′′ + xy (4) − y (5) 
  
+ −6y ′′ y ′′′
(4)
y  (3y + 3xy − 4y ) + y 3y + 3y + 3xy −4y
′′ ′ ′′ ′′′ ′ ′′ ′′ ′′′

= 2 y 4y ′′′ + xy (4) − y (5) + y ′ 12y ′′4xy ′′′ − 5y (4) + y ′′ (3xy ′′ − 10y ′′′ )



∴ y (6) (1) = 2 [1 (−16 + 10 − 78) + 2 (24 − 16 − 50) + 2 (6 + 40)] = −152

Substituting these values in (1) we get

y (0.1) ≃ −1.209381289.

The exact value, rounded to 10 significant numbers, can be calculated by adding more terms of the
Taylor series to (1) until it is clear that further addition of terms will not be alter the tenth digit.
Note that we have here calculated y ′ (0) from y (0) , y ′′ (0) from y ′ (0) , and so on. Alternatively we
could continue further to derive an expression for y ′, y ′′ etc. in terms of y and x only, as follows:

y ′ (x) = 3x + (2 + x) y,

y ′′ (x) = 3 + y + (2 + x) y ′ = 3 + y + (2 + x) (3x + (2 + x) y)



4

Libro relacionado

Escuela, estudio y materia

Institución
Grado

Información del documento

Subido en
23 de marzo de 2026
Número de páginas
896
Escrito en
2025/2026
Tipo
OTRO
Personaje
Desconocido

Temas

$6.38
Accede al documento completo:

¿Documento equivocado? Cámbialo gratis Dentro de los 14 días posteriores a la compra y antes de descargarlo, puedes elegir otro documento. Puedes gastar el importe de nuevo.
Escrito por estudiantes que aprobaron
Inmediatamente disponible después del pago
Leer en línea o como PDF

Conoce al vendedor
Seller avatar
PSMokwena
5.0
(1)

Conoce al vendedor

Seller avatar
PSMokwena UNISA
Seguir Necesitas iniciar sesión para seguir a otros usuarios o asignaturas
Vendido
3
Miembro desde
5 año
Número de seguidores
0
Documentos
10
Última venta
1 mes hace

5.0

1 reseñas

5
1
4
0
3
0
2
0
1
0

Por qué los estudiantes eligen Stuvia

Creado por compañeros estudiantes, verificado por reseñas

Calidad en la que puedes confiar: escrito por estudiantes que aprobaron y evaluado por otros que han usado estos resúmenes.

¿No estás satisfecho? Elige otro documento

¡No te preocupes! Puedes elegir directamente otro documento que se ajuste mejor a lo que buscas.

Paga como quieras, empieza a estudiar al instante

Sin suscripción, sin compromisos. Paga como estés acostumbrado con tarjeta de crédito y descarga tu documento PDF inmediatamente.

Student with book image

“Comprado, descargado y aprobado. Así de fácil puede ser.”

Alisha Student

Preguntas frecuentes