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🛠️ 二階 Runge-Kutta 法計算機

專業免費的 二階 Runge-Kutta 法計算機。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
0.761577877980713414 以二階 Runge-Kutta(中點)法求得 y_n = f(xn)
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

什麼是二階 Runge-Kutta 法計算機?

本工具可在區間 [x0, xn] 上,從初始條件 y_0 = f(x_0) 出發,數值求解形如 y' = F(x, y) 的一階常微分方程式(ODE)。它採用二階 Runge-Kutta 法(即中點法),輸出一份 (x, y) 近似值表格,並算出終點解 y_n = f(x_n)。這是一項通用的數學工具,不受任何國家或法規限制,全球皆可使用。

使用方式

請將方程式右側的 F(x,y) 以含 x 與 y 的數學式輸入(例如 1-y^2、x*y 或 sin(x)+y)。接著填入初始點 x_0 與 y_0、區間終點 x_n,並選擇等分的份數 n。系統會將區間切成 n 等份,每一步的步長為 h = (x_n - x_0)/n。n 越大,步長越細,精確度也越高。至於「顯示精度」選項,僅用來控制畫面顯示的有效位數,並不影響實際計算。

公式解析

中點型 Runge-Kutta 法每次推進一步求解:

k_1 = h · F(x_i, y_i)
k_2 = h · F≤ft(x_i + \tfrac{h}{2}, y_i + \tfrac{k_1}{2}\right)
y_{i+1} = y_i + k_2, \qquad x_{i+1} = x_i + h

此法在每一步的中點估計斜率,藉此抵消主要誤差項。其局部截斷誤差為 O(h^3),整體誤差為 O(h^2),因此將 h 減半,誤差大約可降為原本的四分之一。

實例演算

求解 y' = 1 - y^2,其中 x_0 = 0、y_0 = 0、x_n = 1、n = 50(故 h = 0.02)。其精確解為 y = \tanh(x)。第 1 步:k_1 = 0.02 · (1-0) = 0.02;k_2 = 0.02 · (1-0.01^2) = 0.019998;y_1 = 0.019998。如此完成全部 50 步後,可得 y(1) ≈ 0.76159,與 \tanh(1) ≈ 0.7615942 在小數點後五位上完全吻合。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

計算結果有多準確?
\(n\) 越大,準確度越高,因為整體誤差與 \(h^2\) 成正比。但對於剛性(stiff)方程式或步長過大時,結果可能發散。
\(x_n\) 可以小於 \(x_0\) 嗎?
可以。此時 \(h\) 為負值,方法會沿 \(x\) 軸反向積分,結果同樣有效。
可以使用哪些函式?
支援常見函式:sin、cos、tan、exp、ln、log、sqrt,以及 +、-、*、/、^ 等運算子與括號,還有常數 \(e\) 與 \(\pi\)。