Em matemática, para aproximar a derivada de uma função à uma ordem arbitrária de precisão, é possível usar diferenças finitas. A diferença finita pode ser central, para frente ou para trás.
Diferença Finita Central
Esta tabela contém os coeficientes das diferenças central, para a ordem várias de precisão:
Derivada Precisão −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 1 2 −1/2 0 1/2 4 1/12 −2/3 0 2/3 −1/12 6 −1/60 3/20 −3/4 0 3/4 −3/20 1/60 8 1/280 −4/105 1/5 −4/5 0 4/5 −1/5 4/105 −1/280 2 2 1 −2 1 4 −1/12 4/3 −5/2 4/3 −1/12 6 1/90 −3/20 3/2 −49/18 3/2 −3/20 1/90 8 −1/560 8/315 −1/5 8/5 −205/72 8/5 −1/5 8/315 −1/560 3 2 −1/2 1 0 −1 1/2 4 1/8 −1 13/8 0 −13/8 1 −1/8 6 −7/240 3/10 −169/120 61/30 0 −61/30 169/120 −3/10 7/240 4 2 1 −4 6 −4 1 4 −1/6 2 −13/2 28/3 −13/2 2 −1/6 6 7/240 −2/5 169/60 −122/15 91/8 −122/15 169/60 −2/5 7/240
Por exemplo, a terceira derivada com uma precisão de segunda ordem é:
Diferenças Finitas para Frente e para Trás
Esta tabela contém os coeficientes das diferenças para a frente, para várias ordens de precisão:
Derivada Precisão 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 −1 1 2 −3/2 2 −1/2 3 −11/6 3 −3/2 1/3 4 −25/12 4 −3 4/3 −1/4 5 −137/60 5 −5 10/3 −5/4 1/5 6 −49/20 6 −15/2 20/3 −15/4 6/5 −1/6 2 1 1 −2 1 2 2 −5 4 −1 3 35/12 −26/3 19/2 −14/3 11/12 4 15/4 −77/6 107/6 −13 61/12 −5/6 5 203/45 −87/5 117/4 −254/9 33/2 −27/5 137/180 6 469/90 −223/10 879/20 −949/18 41 −201/10 1019/180 −7/10 3 1 −1 3 −3 1 2 −5/2 9 −12 7 −3/2 3 −17/4 71/4 −59/2 49/2 −41/4 7/4 4 −49/8 29 −461/8 62 −307/8 13 −15/8 5 −967/120 638/15 −3929/40 389/3 −2545/24 268/5 −1849/120 29/15 6 −801/80 349/6 −18353/120 2391/10 −1457/6 4891/30 −561/8 527/30 −469/240 4 1 1 −4 6 −4 1 2 3 −14 26 −24 11 −2 3 35/6 −31 137/2 −242/3 107/2 −19 17/6 4 28/3 −111/2 142 −1219/6 176 −185/2 82/3 −7/2 5 1069/80 −1316/15 15289/60 −2144/5 10993/24 −4772/15 2803/20 −536/15 967/240
Por exemplo, a primeira derivada com uma precisão de terceira ordem e da segunda derivada com uma precisão de segunda ordem são:
enquanto as aproximações para trás correspondentes são dadas por:
Referências LLoyd N. Trefethen, Finite Difference and Spectral Methods for Ordinary and Partial Differential Equations. Cornell University, 1996.
Categoria:Equações diferenciais numéricas Categoria:Diferenças finitas