Откуда берутся формулы и порядок ошибки
По определению производной при малом h верно y(t + h) ≈ y(t) + h · y′(t). Это уравнение касательной из той же темы. А y′ мы знаем из уравнения: y′ = f(t, y). Подставляем и получаем шаг Эйлера. Точнее, y(t + h) = y(t) + h · y′ + (h² / 2) · y″ + ..., и Эйлер отбрасывает слагаемое с h². Это и есть ошибка одного шага.
Если f зависит только от t, шаг Эйлера это прямоугольник под графиком f, а вся ломаная это сумма левых прямоугольников из темы «Интеграл». Метод Хойна в этом случае превращается в формулу трапеций, а Рунге-Кутта 4 в формулу Симпсона. Их сравнение показано в теме «Численное интегрирование».
Неустойчивость видна на уравнении y′ = −λ · y. Шаг Эйлера дает yₙ₊₁ = (1 − h · λ) · yₙ. Если h · λ > 2, множитель по модулю больше 1, и каждая ошибка на шаге растет с переменой знака. Решение затухает, а ломаная раскачивается. Задачи, где есть очень быстрое затухание рядом с медленным процессом, называют жесткими. Для них берут неявные методы, у которых такого предела нет.