Método de aproximaciones sucesivas de Picard

El método de aproximaciones sucesivas de Picard (por Charles Émile Picard, matemático francés que lo desarrolló) es un método iterativo para obtener una solución a una ecuación diferencial.

Para un problema de Cauchy con la ecuación diferencial

= f ( x , y )

y condición de contorno

donde se puede asegurar la existencia y unicidad de solución para un dominio

{\displaystyle D:{|x-x_{0}|

es posible construir una solución de forma iterativa según la expresión

{\displaystyle y_{n}(x)=y_{0}+\int _{x_{0}}^{x}f(t,y_{n-1}(t))dt}

se puede elegir arbitrariamente.

La convergencia de esta serie de funciones es demostrable en el intervalo

{\displaystyle h=\min \left(a,{\frac {b}{M}}\right)}

( x , y ) ∈

f ( x , y )

{\displaystyle M=\max _{(x,y)\in D}|f(x,y)|}

El error del paso enésimo es acotable mediante la desigualdad donde

( x , y ) ∈

{\displaystyle N=\max _{(x,y)\in {}D}\left|{\frac {\partial f}{\partial y}}\right|}

Con ello es posible programar el algoritmo para que itere hasta una resolución dada.

Consideramos el problema de Cauchy

= 2 x ( 1 − y ) ,

En este caso

f ( x , y ) = 2 x ( 1 − y )

{\displaystyle f(x,y)=2x(1-y)}

Ahora se construirá una solución de forma iterativa según la expresión dada anteriormente.

y las iteraciones sucesivas son:

{\displaystyle y_{3}(x)=y_{0}+\int _{x_{0}}^{x}f(t,y_{2}(t))\ dt=...=2-x^{2}+{\frac {1}{2}}x^{4}-{\frac {1}{6}}x^{6}}

, y, de forma general, podemos expresar

de la siguiente forma:

Se puede observar que las aproximaciones son las sumas parciales del desarrollo en serie de potencias de

, que es la solución al problema de Cauchy anterior.