偏微分方程數(shù)值解法答案2188_第1頁(yè)
偏微分方程數(shù)值解法答案2188_第2頁(yè)
偏微分方程數(shù)值解法答案2188_第3頁(yè)
偏微分方程數(shù)值解法答案2188_第4頁(yè)
偏微分方程數(shù)值解法答案2188_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩4頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1.2.3.4.課本p有證明2課本p,p有說(shuō)明812課本p,p有說(shuō)明1520u是u的n維子空間,,...是u的一組基底,u中的任一元素u可nnnn12nRit2法,設(shè)nunnc,則J(u)n12a(u,u)(f,u)1na(,)ccc(f,)是表為ii2nnnijijji1ji,j1j1J(u)a(,)a(,),令,從而得到0c,c...c的二次函數(shù),2c,c...c滿足12nnc1nijjijnc,na(,)c(f,),j1,2...n,通過(guò)解線性方程組,求的c,代入uijijiniii1i1從而得到近似解u的過(guò)程稱為Rit2法n簡(jiǎn)而言之,Rit2法:為得到偏微分方程的有窮維解,構(gòu)造了一個(gè)近似解,nc,uniii1nJ(u)1利用2na(u,u)(f,u)1a(,)ccc(f,)n確定c,求得近似解u的in2nnnijijjji,j1j1過(guò)程nVu,滿足nuGalerkin法:為求得nc形式的近似解,在系數(shù)ic使u關(guān)于niii1a(u,V)(f,V),對(duì)任意Vu或(取V,1jn)nnjna(,)c(f,),j1,2...n的情況下確定c,從而得到近似解nuc的過(guò)程稱ijijiniii1i1Galerkin法為Rit2-Galerkin法方程:a(,)c(f,)nijiji15.有限元法:將偏微分方程轉(zhuǎn)化為變分形式,選定單元的形狀,對(duì)求解域作剖分,進(jìn)而構(gòu)造基函數(shù)或單元形狀函數(shù),形成有限元空間,將偏微分方程轉(zhuǎn)化成了有限元方程,利用有效的有限元方程的解法,給出偏微分方程近似解的過(guò)程稱為有限元法。6.行網(wǎng)格剖分,節(jié)點(diǎn)axx...x...xb得到相鄰節(jié)點(diǎn)x,xi1解:對(duì)求解區(qū)間進(jìn)01ini1I[x,x],hxx,由節(jié)點(diǎn)上的一組值u0,u,u...u,按線之間的小區(qū)間ii1iiii1012lxxxx性插值公式i1u○xI,i1,2...n確定試探空間1u(x)nuu,令ihi1hiiniixxF(x)2○i1hii參考但愿[0,1]令N()1,N()01把Ii變到軸上的則:U(x)N()uN()uxIn0i11i,i○3將○1帶入該函數(shù)J(u)1b(puqu2fu)dx222a得到:J(u)1fudxb(pu2qu22fu)dx12(pu2qu2)dxnn2nnnnaIIii1i1i帶入○2可得(uu)J(u)11[p(xh)i2hq(xh)(N()uN()u)d2nii1ni1hii1i0i11i20i1inh1f(xh)(N()uN()u)dii1i0i11i0J(u)i1○4auauaub0nuj1,jj1jjjj1,jj1j令○5j其中a1[h1p(xh)]hq(xh)(1)]dj1j1,jjj1jjj0a1[h1p(xh)]hq(xh)(1)]dj1j1j1,jj1jij01[h1p(xh)]hq(xh)]d[h1p(xh)]hq(xh)(1)]d2j1j11aj,jjj1jjj1jj1jj1i00bh1f(xh)dh1f(xh)(1)djjj1jj10jj10從而得到u,u,...,u12n的線性方程組!7.矩形剖分假定區(qū)域C1可以分割成為有限個(gè)互不重疊的矩形的和,且每個(gè)小任意兩個(gè)矩形或者不相交或者有公共的邊和公共的頂點(diǎn),成如此的矩形的邊和坐標(biāo)軸平行,分割為矩形剖2xxi)(1yy(1i),(x,y)Rx0,(others)yijij分基函數(shù)的取法其中R是以R(x,y)為頂點(diǎn)的矩形單元x,y0為的底和商的長(zhǎng)度。ijijij8.何為三角剖分,基函數(shù)怎樣???G是多邊形域(否則可用多邊形域逼近它),將三角剖分:設(shè)G分割成有限個(gè)三角形之和,使不同三角形無(wú)重疊的內(nèi)部,且任一三角形的頂點(diǎn)不屬于其他三角形的內(nèi)部,這樣就把G分割成三角形網(wǎng),稱為G的三角剖分?;瘮?shù)的取法:通過(guò)構(gòu)造Lagrange型插值公式可以得到基函數(shù)的取法。不妨以P(x,y)是1P(x,y)LLL,其中L是相應(yīng)于節(jié)點(diǎn)1的基函數(shù)在1一次多項(xiàng)式為例,得到1112233△上的限制(具體的過(guò)程,可參考課本:PP)57589.題,參考課后習(xí)題P的第一題,具體過(guò)程可參考積分插值的推導(dǎo)過(guò)程9210,11題不會(huì)。在此將14題推導(dǎo)過(guò)程介紹如下:12.對(duì)Possion方程f(x,y),建立五點(diǎn)差分格式,并估計(jì)截?cái)嗾`差。取定沿x軸和y軸方向的步長(zhǎng)h和h,沿x,y方向分別用二階中心差商代替,則21i1,j22i,j1]f(五點(diǎn)差分格式)[hi,jh2i1,ji,j1i,jh2ijij12式中表示節(jié)點(diǎn)(i,j)上的網(wǎng)函數(shù)。i,j令(x,y)f(x,y)ff(x,y)nijijnijijij利用Taylor展式有6(x,y)2(x,y)(x,y)(x,y)(x,y)(x,y)h4(h6)2h214i1jih2ji1jijijij1x212x4360x611(x,y)2(x,y)(x,y)(x,y)h22(x,y)h24(x,y)246(h6)2ij1ih2jij1ijijijy212y4360y62截?cái)嗾`差為)(h4)(h2)14h24R()(x,y)(x,y)(h212x42y4ijijnij1ij313.對(duì)possion方程建立,極坐標(biāo)形式的差分格式poission方程的極坐標(biāo)形式為12)22]f(,)-----①1[(y其中02x2y2tan0x利用中心差商公式()11i1,ji,ji1,ji12i12i12i12[()]-----②h2(,i)ji12212[2]i,j1i,j1-----③i,j2(,h2)jii將②③兩式代入①式得()12i,j1]f(,)i1,ji,ji1,j21i12i12i12i12[i,j1i,jhh22iji即poission方程極坐標(biāo)形式的差分方程。i14.解:將uk1,uk1,uk,uk按照Taylor在uk處展開(kāi)整理得到其截?cái)嗾`差為j1jjj1jn1(在Richardson格式(4.1.10)中以n1)代入,便得DuFortFrankel格式:n12jjj(2n()nn1nj1)an1n1jj1jjj1h2t2t26t324t4121314n1(x,t)-----①j1nn234jjt2t26t324t4121314n1(x,t)-----②n234jjj2nn1n1jt6t33(省去了2的商階無(wú)窮?。?1①-②得j213從而得到了微分方程左邊的誤差26t3同理可得微分方程右邊的誤差:t212t412t4a(h22h2t212t4h44214)ah24a()2a44224ht212h2t44ht224從而得到ea()(h)()222h415.用Fourier方法討論向前差分格式的穩(wěn)定性。解:向前差分格式uk1ruk(12r)ukruk。以u(píng)kvkexp(ijh)代入得j1jj1jjvk1exp(ijh)rexp(i(j1)h)(12r)exp(ijh)rexp(i(j1)h)vk消去exp(ijh)則知增長(zhǎng)因子hC(x,)(12r)r(exp(ih)exp(ih))12r(1cosh)14rsin2由于21phphl()在[0,π]中分布稠密,(隨h0)為使C(x,)滿足vonNeu-Mann條件,21p1必須且只須網(wǎng)比r所以向前差分格式的穩(wěn)定性條件是r21216.用Fourier方法討論向后差分格式的穩(wěn)定性。un1解:對(duì)向后差分方程unjun1j12un1un1j1利用Fourier方法分析器穩(wěn)定性,整理ajjh2aaaa得:u(12)un1un1j1un1。令r,將unvnexp(ijh)代入得到:njhh2h2h2jj1j2vnexp(ijh)(12r)vn1exp(ijh)rvn1exp(i(j1)h)rvn1exp(i(j1)h)消去11exp(ijh)。則增長(zhǎng)因子為12rr(exp(ih)(exp(ih)))1。所以14rsin2h2向后差分方程是恒穩(wěn)定的。17.用Fourier方法討論六點(diǎn)對(duì)稱格式的穩(wěn)定性。un1解:六點(diǎn)對(duì)稱方程的格式為unjun2uunun1j12un1un1j1)。令1a2(2njj1jj1jh2h2unvnexp(ijh)代入得vn1exp(ijh)jvnexp(ijh)=a2[vnexp(i(j1)h)2vnexp(ijh)vnexp(i(j1)hvn1exp(i(j1)h)2h22vn1exp(ijh)vn1exp(i(j1)h]。消去exp(ijh)得增長(zhǎng)因子為5a2a2sin22h2(cosh1)11h2h2a2sin22h(cosh1)11。所以六點(diǎn)對(duì)稱格式是無(wú)條件恒定的。a21h2h2218.證明:利用Fourier方程將兩端同時(shí)做變換。ukvkexp(ijh)得jvk1exp(ijh)-vkexp(ijh)vkexp(i(j+1)h)-2vkexp(ijh)+vkexp(i(j-1)h)vkexp(i(j+1)h)-vkexp(i(j-1)h)-cvkexp(ijh)2h=a消1-+bh2去exp(ixjh)得增長(zhǎng)因子為2a+sinh-c,由von-Neumann條件可得a2hb1.即差分格式h22sinh22huk1-ukj=auk1-2uk+ukj1+bukj12hukj1+cuk(a>0)的充要條件是ja1jjjh2lh2219.討論三維熱傳導(dǎo)方程向前差分格式的穩(wěn)定性n1u-unajkm=(2un+2un+2un)解:三位熱傳導(dǎo)方程為(向前差分格式).jkmh2xjkmyjkmzjkm2p2q2g,h=代到上式消去公因子取通項(xiàng)unjkmvnexp(i(x2hyhz)),=k,=llljm2h2hha)vn,r。從而增長(zhǎng)因子為h得vn1(14rsin4rsin4rsin2222hhhhsin2)為使|c|=1+O()必須且只須cc(h,h,hh)14r(sin21sin222211116r。當(dāng)r時(shí)三維熱傳導(dǎo)方程的向前差分格式穩(wěn)定。620.討論三維熱傳導(dǎo)方程向前后分格式的穩(wěn)定性n1u-unajkm=(2un1+2un1+2un1)解:三維熱傳導(dǎo)方程的向后差分格式為:jkmh2xjkmyjkmzjkm2p2q2g取通項(xiàng)Un=vnexp(i(x+y+z)),=,=,=,帶入上式,消去共jkmjkmlll1)1。恒成立因子得:14r(sin2hsin2hsin2h2226所以三維傳導(dǎo)方程向后差分格式是無(wú)條件穩(wěn)定的。21.三維傳導(dǎo)方程的PR格式為:(unun)jkmr2)13jkm1(1=(h2)Un(1)jkm222xxyz2l2un13jkmun23jkm1=h2y(unun)(2)jkm23jkml2un1un212(un1un)(3)jkmjkm3jkm=jkmh2zl2(1)(2)(3)合稱PR格式。22.將(1rr2)un=(1)un13jkm222xyjkm(1r=(1r2)un2)un23jkm13jkm22yz(1r2=(1r2)un2x2)un1jkm23zjkmyz)帶入上式得將Un=vnexpi(xjkmjkm(12rsin2h)(12rsin2h)(12rsin2h)G(h,h)=222對(duì)任何r>0(12rsin2h)(12rsin2h)(12rsin2h)222ununr1.所以13jkm1丨G丨(12)xjkm=(h2)Un絕對(duì)收斂。zjkm222lxy223.解:un12ul33ul4ulul2(x,t)(1)4u24t4nt2t26t3jjjn(x,t)(2)un12ul33ul4ulul24u24t4nt2t26t3jjj2n(x,t)(3)unj1uhxu2uh33uh4h24u2x26x324x4nj3jn(x,t)(4)4jnunj1uhxuh22x22uh33uh44u6x324x4nj(1)+(2)得un12unun1t2u2=+o(l2)jjjl27u2ununjh22un(3)+(4)得j1=x2+o(h2)j1o(lh2)。所以其截?cái)嗾`差為224.證明:用Fourier法證明:作變化un=vnexp(ijh)。得0時(shí)jvn1exp(jjh)vnexp(jjh)exp(jjh)vexp(j(j1)h)vn1n1=lh1消去exp(ijh)得:vn1=1l(1exp(ih))vnh11al(1exp(ih))1所以G(h,l)=丨丨1丨丨=alcosh)2sin2ha2l2(1alhhhh2un1unjlun1un1j所以當(dāng)a0時(shí),aj+j1=0絕對(duì)穩(wěn)定。h當(dāng)a<0時(shí),vn1exp(ijh)vnexp(ijh)vn1exp(i(j1)h)vnexp(ijh)=alh1alh1alexp(ih)消去exp(ijh)得:vn1=vnh1alh1alexp(ih)丨1.丨=h1al1h(1alcosh)2sin2h22alhh2un1unjln1j1un1jhu所以當(dāng)a<0時(shí)j+a=0絕對(duì)穩(wěn)定8vexp(ijh)vnexp(ijh)a.(vn1exp(i(j1)h)vn1exp(i(j1)h)0n125解:作變換vexp(ijh)jFourieru得nn22h1aexp(ijh)v消去得vn1ihsinhvn,n11iaha221isin2hh2h2sin2h1-iasinha211h)2h21|(1a=22a22sin22(1asin2h221sin2h)a22sin2h21a22sin2hhh2h21h22n+1u-un+aun+1-un+10絕對(duì)穩(wěn)定。j1jjj12h26變系數(shù)方程的差分格式為un+1-unaununj10,當(dāng)a(01式)jjjhjjun+1-unaununj0,當(dāng)a(02式),其中aa(x)jjj+1hjjjj式)穩(wěn)定的充要條件為a0,|ar|1.rha0,|a|1,(2利用Fourier方法,類似24題得到(1式)穩(wěn)定的充要條件為jjjj27un11(unun)fnfn2格式:0,其中fn=f(x,n)uj1j1Laxjj1j1j2hjjuuuunjBox格式:(1)(1ar)n1(1ar)+a

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論