We propose an algebraic method that finds a sequence of functions that exponentially approach the solution of any second-order ordinary differential equation (ODE) with any boundary conditions. We define an extended ODE (eODE) composed of a linear generic differential operator that depends on free parameters, $p$, plus an $\epsilon$ perturbation formed by the original ODE minus the same linear term. After the eODE's formal $\epsilon$ expansion of the solution, we can solve order by order a hierarchy of linear ODEs, and we get a sequence of functions $y_n(x;\epsilon,p)$ where $n$ indicates the number of terms that we keep in the $\epsilon$-expansion. We fix the parameters to the optimal values $p^*(n)$ by minimizing a distance function of $y_n$ to the ODE's solution, $y$, over a given $x$-interval. We see that the eODE's perturbative solution converges exponentially fast in $n$ to the ODE solution when $\epsilon=1$: $\vert y_n(x;\epsilon=1,p^*(n))-y(x)\vert<C\delta^{n+1}$ with $\delta<1$. The method permits knowing the number of solutions for Boundary Value Problems just by looking at the number of minima of the distance function at each order in $n$, $p^{*,\alpha}(n)$, where each $\alpha$ defines a sequence of functions $y_n$ that converges to one of the ODE's solutions. We present the method by its application to several cases where we discuss its properties, benefits and shortcomings, and some practical algorithmic improvements.
翻译:我们建议一种代数法, 找到一个函数序列, 以指数方式接近任何边界条件的二阶普通差分方程式( ODE) 的解决方案。 我们定义了一个扩展的 ODE (eODE), 由线性通用差分操作器组成, 取决于自由参数, $p$, 加上由原 ODE 与同一线性术语构成的 $\ epsilon$ 扰动。 在 eODE 的正式 $\ epsilon$ 扩大解决方案之后, 我们可以通过命令一个线性ODE 的等级来解析顺序, 并且我们得到一个函数的序列 $_n; $n 表示我们保留在 $\ 美元 美元与线性交易的参数数量。 将参数固定到 $_ n$ 的距离函数, 美元, 超过给定的 $x interval 。 我们看到 eODE 的单性解决方案以指数快速地结合 $$; 美元 的计算方法的数值, 当 美元\\\\ xxxxxxxxxxxxxxx 运的数值 的数值 的数值, 的数值, 的数值到它的计算方法的数值, 其法的数值, 的数值到一个方法的数值, 它的数值, 它的数值的数值, 的数值的数值的数值, 它的数值, 它的数值, 的数值, 它的数值, 的数值, 的数值, 的数值的数值, 它的计算法的数值, 它的数值, 它的数值, 它的数值, 它的数值, 它的数值, 它的数值, 它的数值的数值, 它的数值的数值的数值, 它的数值, 它的数值, 的值是的值的数值, 的数值, 的值是的数值, 的数值的数值的数值的值是的数值的数值的值, 的数值, 的值的值的值的值, 它的数值的数值的数值的数值的数值的数值的值, 。