Главная » Все файлы » Просмотр файлов из архивов » PDF-файлы » Численные методы. Ионкин (2009)

Численные методы. Ионкин (2009), страница 10

PDF-файл Численные методы. Ионкин (2009), страница 10 Численные методы (53965): Лекции - 7 семестрЧисленные методы. Ионкин (2009): Численные методы - PDF, страница 10 (53965) - СтудИзба2019-09-19СтудИзба

Описание файла

PDF-файл из архива "Численные методы. Ионкин (2009)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "численные методы" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст 10 страницы из PDF

Ïîãðåøíîñòü àïïðîêñèìàöèè.Ïîñòðîèì äëÿ çàäà÷è (1) ðàçíîñòíóþ ñõåìó:yin+1 − yinn+1n+ (1 − σ)yxx,i= σyxx,i+ φni ∈ ωτ hτy0n+1 = µ1 (tn+1 ), tn+1 ∈ ωτn+1yN= µ2 (tn+1 ), tn+1 ∈ ωτyi0 = u0 (xi ), xi ∈ ωhσ ∈ R,Äëÿ ðàçëè÷íûõσ0≤σ≤1ïîëó÷àåì:1.σ=0- ÿâíàÿ ðàçíîñòíàÿ ñõåìà.2.σ=1- ÷èñòî íåÿâíàÿ ðàçíîñòíàÿ ñõåìà.3.σ = 0.54.σ 6= 0, 1, 0.5- ñèììåòðè÷íàÿ ðàçíîñòíàÿ ñõåìà.- íåÿâíàÿ ðàçíîñòíàÿ ñõåìà.Ââåäåì ïîãðåøíîñòüzin = yin − uni .zin+1 − zinn+1n= σzxx,i+ (1 − σ)zxx,i+ ψinτn+1= zi0 = 0z0n+1 = zNÏîãðåøíîñòü àïïðîêñèìàöèè ðàçíîñòíîé ñõåìû (41) íà ðåøåíèè:(41)Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòènψin = σun+1xx,i + (1 − σ)uxx,i −71un+1− unii+ φniτ(42)u0 =∂u, u̇ = ∂u.

Ïóñòü ôóíêöèÿ u(x, t) øåñòü ðàç íåïðåðûâíî äèôôåðåíöèðóåìà∂x∂tïî x è òðè ðàçà ïî t. Ðàçëîæèì åå ïî ôîðìóëå Òåéëîðà â îêðåñòíîñòè òî÷êè (xi , tn+ 1 ):Îáîçíà÷èì22h 00u +2 ih2= ui − hu0i + u00i −2ui+1 = ui + hu0i +ui−13h 000u +6 ih3 000u +6 i4h 0000u + ...24 ih4 0000u + ...24 iττ2τ31) +1) +1) +u̇(tü(tüi (tn+ 1 ) + . . .un+1=u(tiiin+ 2n+ 2n+ 2i22848ττ2τ3uni = ui (tn+ 1 ) − u̇i (tn+ 1 ) + üi (tn+ 1 ) − üi (tn+ 1 ) + . . .22222848h2 0000ui+1 − 2ui + ui−100=u+ui + O(h4 )i2h12uxx,i =un+1i= u̇i (tn+ 1 + O(τ 2 )2τÂîñïîëüçóåìñÿ íåðàâåíñòâîìτ h2 ≤τ 2 +h4:2τ 00 h2 0000=+ u̇i + ui + O(h4 ) + O(τ 2 ))+212τh2(1 − σ)(u00i − u̇00i + u0000+ O(h4 ) + O(τ 2 ))−212 i˙ i + φn + O(τ 2 + h4 ) =(u)ψi00σ(u00ii(u00i − u̇i + φni ) + (σ − 0.5)τ u̇00 +Ïðîäèôôèðåíöèðîâàâ óðàâíåíèåu00 − u̇ + f = 0h2 0000ui + O(τ 2 + h4 )12äâàæäû ïî x, ïîëó÷èì:u0000 − u̇00 + f 00 = 0 ⇒ u0000 = u̇00 + f 00Ïîäñòàâèìu0000iâ ôîðìóëó ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè:ψin=u00i|− u̇i + f (xi , t{zn+ 21=0h2 00) − f (xi , tn+ 1 ) + φi − f (xi , tn+ 1 )+22} 12(σ − 0.5)τ +h2 00u̇ + O(t2 + h4 )12Òàêèì îáðàçîì, ïîðÿäîê ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè çàâèñèò îò ïàðàìåòðàìàöèè ôóíêöèè f:σè àïïðîêñè-Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè1.σ = σ∗ =12−h212τ⇒h2 00f (xi , tn+ 1 )2212n24ψi = O(τ + h )φni = f (xi , tn+ 1 ) +2.σ = 0.5 ⇒φni = f (xi , tn+ 1 ) + O(h2 ) + O(τ 2 )2ψin3.= O(τ 2 + h2 )σ 6= σ ∗ , σ 6= 0.5 ⇒ φni = f (xi , tn ) + O(τ + h2 ) ⇒ ψin = O(τ + h2 )Ðàçíîñòíûå ìåòîäû äëÿ óðàâíåíèÿ ÏóàññîíàÐàññìîòðèì óðàâíåíèå Ïóàññîíà â îáëàñòè D:∂ 2u∂ 2u+= f (x1 , x2 )∂ 2 x1 ∂ 2 x2(x1 , x2 ) ∈ D, D = {(x1 , x2 ) : 0 < x1 < l1 ; 0 < x2 < l2 }x26Ãl2ÃÃD-l1Ãx1Ââåäåì íà îáëàñòè D ñåòêó:n(i)(j)(i)ωh = (x1 , x2 ), x1 = ih, i = 1, N1 − 1, h1 N1 = l1(j)x2 = jh2 , j = 1, N2 − 1, h2 N2 = l2oÇàìåòèì, ÷òî ïðè ýòîì ãðàíè÷íûå óçëû ìû íå ðàññìàòðèâàåì.x26Ãl2Ãh2c cc cDh1ÃÃ-l1x1Ãh - ãðàíè÷íûå óçëû.ÃhN2 −1N1 −1N1 −12 −1= {x0,j }Nj=1 ∪ {xN1 ,j }j=1 ∪ {xi,0 }i=1 ∪ {xi,N2 }i=1ωh = ωh ∪ Ãh72Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà (çàäà÷à Äèðèõëå)Ÿ273Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà (çàäà÷à Äèðèõëå)Çäåñü áóäåò ðèñóíîê ñ ôîðìóëèðîâêè çàäà÷è.G = {(x1 , x2 ) : 0 < x1 < l1 , 0 < x2 < l2 },G=G∪Γ22du du+= f (x1 , x2 ), (x1 , x2 ) ∈ Gdx21 dx22(1)U |r = µ(x1 , x2 )(2)Ââåäåì ñåòêó:(i)(j)(i)ωh = {(x1 , x2 ) : x1 = ih1 , i = 1, N1 − 1, N1 h1 = l1 ;(j)x2 = jh2 , j = 1, N2 − 1, N2 h2 = l2 },N1 −1N1 −1N2 −12 −1Γh = {x0,j }Nj=1 ∪ {xN1 ,j }j=1 ∪ {xi,0 }i=1 ∪ {xi,N2 }i=1ωh = ωh ∪ ΓhÏóñòüyij = y(xi1 , xj2 ), fij = f (xi1 , xj2 ).Çàïèøåì ðàçíîñòíóþ ñõåìó äëÿ çàäà÷è (1), (2):yx1 x1 ,ij + yx2 x2 ,ij = fij , (xi1 , xj2 ) ∈ ωh(3)yij |Γh = µ(xi1 , xj2 ), (xi1 , xj2 ) ∈ Γh(4)(3)è (4) ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ÑËÀÓ.

Ðàñïèøåì (3):yi+1,j − 2yij + yi−1,j yi,j+2 − 2yij + yi,j−1+= fiih21h22yij |Γh = µij ,Ïîãðåøíîñòü ðàçíîñòíîãî ðåøåíèÿi = 1, N1 − 1, j = 1, N2 − 1Zij = yij − Uijóäîâëåòâîðÿåò çàäà÷åZx1 x1 ,ij + Zx2 x2 ,ij = −ψij(5)Zij |Γh = 0Ïîêàæåì ñóùåñòâîâåíèå è åäèíñòâåííîñòü ðåøåíèÿ ñèñòåìû (3). Äîêàæåì, ÷òî ðåøåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå îäíîðîäíîé ñèñòåìå, òðèâèàëüíî.

Ñîîòâåòñòâåííî, ðåøåíèå íåîäíîðîäíîé ñèñòåìûñóùåñòâóåò è åäèíñòâåííî. Ïåðåïèøåì ñèñòåìó (3) â âèäå:(22Vi+1,j + Vi−1,j Vi,j+1 + Vi,j−1+ 2 ) ∗ Vi,j =+,2h1 h2h21h220 < i < N1 ,0 < j < N2 .Òåîðåìà. Ñèñòåìà(6) èìååò òîëüêî òðèâèàëüíîå ðåøåíèå.(6)Ñõîäèìîñòü ðàçíîñòíîé çàäà÷è Äèðèõëå74Äîêàçàòåëüñòâî.

Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íàéäåòñÿ òàêîé óçåëxij ,ãäåvij 6= 0.Òîãäà∃i0 , j0 ,òàêèå÷òî:à)|Vi0 ,j0 | = max |Vij |0≤i≤N10≤j≤N2b) õîòÿ áû â îäíîì óçëå(i0 , j0 ± 1), (i0 ± 1, j0 )Ðàññìîòðèì ðàçíîñòíóþ ñõåìó â óçëå(áóäåò âûïîëíåíî|Vij | < |Vi0 ,j0 |i0 , j0 :22Vi +1,j + Vi −1,jVi ,j +1 + Vi0 ,j0 −1+ 2 ) ∗ Vi0 ,j0 = 0 0 2 0 0 + 0 02h1 h2h1h22Îöåíèì ïî ìîäóëþ çíà÷åíèå ëåâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ:(Òàê êàê222||Vi0 +1,j0 ||C 2||Vi0 ,j0 +1 ||C+ 2 ) ∗ |Vi0 ,j0 | ≤+2h1 h2h21h22|Vi0 ,j0 | = ||V ||C :(2222+ 2 ) ∗ ||V ||C < ( 2 + 2 ) ∗ ||V ||C2h1 h2h1 h2Ïðèøëè ê ïðîòèâîðå÷èþ.

Ñëåäîâàòåëüíî, ïðåäïîëîæåíèå íåâåðíî è òåîðåìà äîêàçàíà.Cëåäñòâèå. Ðàçíîñòíàÿ çàäà÷à èìååò åäèíñòâåííîå ðåøåíèå äëÿ ëþáûõ ôóíêöèé f è µ.Ÿ3Ñõîäèìîñòü ðàçíîñòíîé çàäà÷è ÄèðèõëåÐàññìîòðèì çàäà÷ó:Zx1 ,x1 ,ij + Zx2 ,x2 ,ij = −ψ,Zij |Γh = 0,xij ∈ ωh(1)xij ∈ ΓhÂâåäåì ðàçíîñòíûé îïåðàòîð:Lh Vij = (22Vi +1,j + Vi −1,jVi ,j +1 + Vi0 ,j0 −1+ 2 ) ∗ Vij − 0 0 2 0 0 + 0 0,2h1 h2h1h22xij ∈ ωhÓòâåðæäåíèå. Ïóñòü Vij ≥ 0, Xij ∈ Γh , Ln Vij ≥ 0, xij ∈ ωh .

Òîãäà Vij ≥ 0.Äîêàçàòåëüñòâî. Äîêàæåì îò ïðîòèâíîãî. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî∃(i0 , j0 )òàêèå, ÷òî:a)|Vi0 ,j0 | = min |Vij |0≤i≤N10≤j≤N2b) õîòÿ áû â îäíîì óçëå(i0 , j0 ± 1), (i0 ± 1, j0 )áóäåò âûïîëíåíîVi0 ,j0 < VijÒîãäà:Lh Vi0 j0 =Vi0 ,j0 + Vi0 +1,j0 Vi0 ,j0 + Vi0 −1,j0 Vi0 ,j0 + Vi0 ,j0 +1 Vi0 ,j0 + Vi0 ,j0 −1+++h21h21h22h22Ñîãëàñíî óñëîâèþ, õîòÿ áû îäíî èç ýòèõ ñëàãàìûõ ìåíüøå 0. Ñëåäîâàòåëüíî ñóììà òîæå ìåíüøåíóëÿ. Ïðîòèâîðå÷èå çàâåðøàåò äîêàçàòåëüñòâî.Ñõîäèìîñòü ðàçíîñòíîé çàäà÷è Äèðèõëå75Cëåäñòâèå. Ïóñòü ó íàñ åñòü äâå çàäà÷è:Lh yij = φij ,xij ∈ ωhLh Yij = Φijxij ∈ ωhÏóñòü íà ãðàíèöå âûïîëíÿþòñÿ óñëîâèÿ:yij ≤ Yij ,xij ∈ Γh|φij | ≤ Φij ,xij ∈ ωh|yij | ≤ Yij ,xij ∈ ωhÒîãäà âñþäó âûïîëíåíî:Äîêàçàòåëüñòâî.  ñèëó ëèíåéíîñòè çàäà÷è äëÿ V:Lh Vij = Φij + φijLh ωij = Φij − φijÏðàâûå ÷àñòè îáîèõ óðàâíåíèé íå ìåíüøå íóëÿ â ñèëó âûøåóêàçàííûõ óñëîâèé.

À ýòî, â ñèëóäîêàçàííîãî óòâåðæäåíèÿ, îçíà÷àåò âûïîëíåíèå óñëîâèÿ, êîòîðîå òðåáîâàëîñü äîêàçàòü:|yij | ≤ Yij ,xij ∈ ωhÏåðåïèøåì çàäà÷ó äëÿ ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè â âèäå:Lh Zij = ψijZij = 0,xij ∈ ωh(2)xij ∈ ΓhÄëÿ äîêàçàòåëüñòâà ñõîäèìîñòè ðàçíîñòíîé ñõåìû íåîáõîäèìî ïîäîáðàòü ìàæîðàíòó÷òîáû âûïîëíÿëîñü óñëîâèå:Lh Yij = K1 , K1 = const > 0Yáóäåì èñêàòü â âèäå:(i) 2(j) 2Yij = (l12 + l22 − (x1 ) − (x2 ) )K,ãäåK>0Yij Lh ≥ 0, xij ∈ ωhYij Lh = 4KÏîëîæèì4K = ||ψ||C :0 = |zij |Γh ≤ Yij |Γh ,4K = ||ψ||C ≥ |ψij |, xij ∈ ωh(|zij | ≤ Yij , zij ∈ ωh )l12 + l22||ψ||C ⇒ ||z||C =≤ M ||ψ||C4ψ = O(h21 + h22 ) ⇒ ||ψ||C ≤ M (l12 + l22 ) ⇒ ||z||C =≤ M 2 (h21 + h22 )||z||C ≤ Yij ≤ (l12 + l22 )K =Òåì ñàìûì, ìû äîêàçàëè ñëåäóþùóþ òåîðåìó:Yòàê,Ìåòîäû ðåøåíèÿ ðàçíîñòíîé çàäà÷è Äèðèõëå76Òåîðåìà 1.

Ïóñòü U (x1 , x2 ) ∈ C 4 (D). Òîãäà ðàçíîñòíàÿ ñõåìà(3) - (4) ñõîäèòñÿ è èìååòìåñòî îöåíêà:||yij − Uij ||C ≤ M1 (h21 + h22 )ÃäåM1íå çàâñèò îòh1èh2 .Äîêàçàòåëüñòâî. Èç ïîëó÷åííîé îöåíêè:||ψ||C ≤ M2 (h21 + h22 )||yij − Uij ||C ≤ M (Ÿ4l12+4l22(3))(h21 + h22 )Ìåòîäû ðåøåíèÿ ðàçíîñòíîé çàäà÷è Äèðèõëåd2 u d2 u+= f (x1 , x2 ) ∈ Ddx21 dx22U |Γu = µ(x1 , x2 )(1)(2)Ðàçðåøèì ñèñòåìó îòíîñèòåëüíî öåíòðàëüíîãî óçëà:(2yi+1,j + yi−1,j yi,j+1 + yi,j−12+ 2 )yij =+− fij2h1 h2h21h22Áóäåì îáîçíà÷àòü èòåðàöèþ ïîä íîìåðîì(s)s − yij(3).Ïðîñòàÿ èòåðàöèÿ (ìåòîä ßêîáè)Ïîëó÷àåì ñëåäóþùèé èòåðàöèîííûé ïðîöåññ:(s)(s)(s)(s)22 (s+1) yi+1,j + yi−1,j yi,j+1 + yi,j−1( 2 + 2 )yij=+− fijh1 h2h21h22s = 0, 1, .

. .(s)yij = µij(0)yij − çàäàíîÄëÿ äîñòèæåíèÿ çàäàííîé òî÷íîñòè òðåáóåòñÿ ïîðÿäêàn0 () ∼ (h−2 ) ∼ (N 2 ), ãäå N = max(N1 , N2 ).Ìåòîä Çåéäåëÿ(s+1)(s)(s+1)(s)22 (s+1) yi−1,j + yi+1,j yi,j−1 + yi,j+1( 2 + 2 )yij+− fij=h1 h2h21h22(s+1)yij= µij , s = 0, 1, . . .ïðè s = 0,yij0 − çàäàíîÏîêàæåì, êàê íàõîäèòü ðåøåíèå: Íà÷íåì ñ óçëà (1, 1), äàëåå äâèæåìñÿ ââåðõ äî (1, n), ïîòîìèç òî÷êè (2, 1) äâèæåìñÿ ââåðõ è ò.ä. Çäåñò áóäåò ðèñóíîê ìåòîäà. Ñ òî÷êè çðåíèÿ îðãàíèçàöèèàëãîðèòìà - íåçíà÷èòåëüíîå óñëîæíåíèå.

Ñ òî÷êè çðåíèÿ ñõîäèìîñòè ìåòîä àíàëîãè÷åí ìåòîäó2ßêîáè: äëÿ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîé òî÷íîñòè òðåáóåòñÿ ïîðÿäêà n0 () ∼ O(N )Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ òåîðèè ðàçíîñòíûõ ñõåì. Àïïðîêñèìàöèÿ. Óñòîé÷èâîñòü. Ñõîäèìîñòü.77Ïîïåðåìåííî-òðåóãîëüíûé èòåðàöèîííûÿ ìåòîä (ìåòîä Ñàìàðñêîãî)Ïåðåïèøåì íàøó ñèñòåìó â âèäå ÑËÀÓ:Ay = φ, ãäå A∗ = A > 0, A = R1 + R20, 5a110......0 ...0, 5a22 0 .

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5301
Авторов
на СтудИзбе
416
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее