
Contents xiii
10. Runge-Kutta Methods–II Absolute Stability . . . . . . . . . . . . . . . . 135
10.1 Absolute Stability of RK Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
10.1.1 s-Stage Methods of Order s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
10.2 RK Methods for Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
10.3 Absolute Stability for Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
11. Adaptive Step Size Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
11.1 Taylor Series Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
11.2 One-Step Linear Multistep Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
11.3 Runge–Kutta Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
11.4 Postscript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
12. Long-Term Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
12.1 The Continuous Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
12.2 The Discrete Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
13. Modi fied Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
13.2 One-Step Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
13.3 A Two-Step Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
13.4 Postscript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
14. Geometric Integration Part I—Invariants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
14.2 Linear Invariants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
14.3 Quadratic Invariants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
14.4 Modified Equations and Invariants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
14.5 Discuss ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
15. Geometric Integration Part II—Hamiltonian Dynamics . . . . . 207
15.1 Symplectic Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
15.2 Hamiltonian ODEs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
15.3 Approximating Hamiltonian ODEs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
15.4 Modified Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
15.5 Discuss ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
16. Stochastic Differential Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
16.2 Random Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
16.3 Computing with Random Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
16.4 Stochastic Differential Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
16.5 Examples of SDEs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234