Méthode d'Euler semi-implicite
En mathématiques, la méthode d'Euler semi-implicite, également connue sous le nom de méthode d'Euler symplectique, méthode d'Euler semi-explicite, Euler–Cromer, et Newton–Størmer–Verlet (NSV), est une variante de la méthode d'Euler initialement conçue pour résoudre les équations de la mécanique hamiltonienne, un système d'équations différentielles ordinaires apparaissant en mécanique newtonienne.
Position du problème[modifier | modifier le code]
La méthode d'Euler semi-implicite peut être appliquée à une paire d'équations différentielles couplées de la forme
où , et , sont des fonctions réelles sur . et peuvent être des fonctions scalaires ou vectorielles.
On souhaite résoudre ce système d'équations avec les conditions initiales :
Méthode[modifier | modifier le code]
La méthode d'Euler semi-implicite donne une solution approchée discrète du problème continu précédent par itérations de
où est une subdivision de telle que et ainsi .
Cette méthode est rendue semi-implicite par le fait d'utiliser et non (cas de la méthode d'Euler explicite) dans le calcul de mise à jour de .
Appliquer la même méthode avec des pas de temps négatifs pour le calcul de d'après donne après réarrangement des termes la seconde expression de la méthode d'Euler semi-implicite :
La méthode d'Euler semi-implicite est, comme la méthode d'Euler explicite, un schéma d'ordre 1 de résolution numérique des équations différentielles.
Exemple[modifier | modifier le code]
Le mouvement d'une poutre vérifiant la loi de Hooke est donnée par :
Le schéma d'Euler semi-implicite pour cette équation s'écrit alors
En substituant dans la deuxième équation par l'expression donnée par la première, le schéma itératif se réécrit comme un système d'équations :
et comme le déterminant de cette matrice vaut 1, la transformation préserve les distances.
Ce schéma itératif conserve la fonctionnelle énergie modifiée , ce qui donne des orbites périodiques stables (pour des pas suffisamment petits) qui dévient en des orbites exactes. La fréquence circulaire exacte augmente numériquement d'un facteur de .
Références[modifier | modifier le code]
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Semi-implicit Euler method » (voir la liste des auteurs).
Bibliographie[modifier | modifier le code]
- (en) Branislav K. Nikolic, « Euler-Cromer method », University of Delaware (consulté le )
- (en) Franz J. Vesely, Computational Physics: An Introduction, Springer, , 117 (ISBN 978-0-306-46631-1, lire en ligne
)
- (en) Nicholas J. Giordano et Hisao Nakanishi, Computational Physics, Benjamin Cummings, (ISBN 0-13-146990-8)