Главная » Просмотр файлов » Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009)

Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009) (1135239), страница 10

Файл №1135239 Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009) (Н.И. Ионкин - Электронные лекции (2009)) 10 страницаН.И. Ионкин - Электронные лекции (2009) (1135239) страница 102019-05-12СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Ââåäåì ñêàëÿðíîå ïðîèçâåäåíèå è íîðìó0â L2 :Z1∀f, g ∈ L2 : (f, g) =f (x)g(x)dx0Z1||f ||L2 = ÂîçüìåìC =√ 21f 2 (x)dx02,ðîâàííûé áàçèñ âòîãäà(uk , ul ) = δkl ,òî åñòüL2 .{uk (x)}∞k=1 - îðòîíîðìèôóíêöèþ f ∈ L2 ìîæíîÒàêèì îáðàçîì, ëþáóþ∞Pïðåäñòàâèòü â âèäå: f (x) =Ck uk (x), ãäå Ck - êîýôôèöèåíòû Ôóðüå.k=1Èìååò ìåñòî ðàâåíñòâî Ïàðñåâàëÿ:||f ||2L2 =∞XCk2k=1Ðàññìîòðèì äèñêðåòíûé àíàëîã çàäà÷è Øòóðìà-Ëèóâèëëÿ: yxx,i + λyi = 0, i = 1, . .

. , N − 1,y0 = yN = 0,yi íå ðàâíû òîæäåñòâåííî 0;(35)Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè90Ïîäñòàâèì â ïåðâîå óðàâíåíèå ïðåäñòàâëåíèå âòîðîé ðàçíîñòíîé ïðîèçâîäíîé:yi+1 − 2yi + yi−1 + λh2 yi = 0yi+1 + yi−1 = (2 − λh2 )yiÁóäåì èñêàòüyi = y(xi )â âèäåsin(αxi ), α ∈ R.yi+1 = sin(α(xi + h)),Òîãäà:yi−1 = sin(α(xi − h))yi+1 + yi−1 = sin(α(xi + h)) + sin(α(xi − h)) = 2 sin(αxi ) cos(αh)2 sin(αxi ) cos(αh) = (2 − λh2 ) sin(αxi )2 cos(αh) = (2 − λh2 )λ=Èç óñëîâèÿy0 = yN = 04 sin22(1 − cos(αh))=h2h2αh2(36)èìååì:sin α = 0,k∈Zα = πk,Èòàê, ìû íàøëè ñîáñòâåííûå çíà÷åíèÿ è ñîáñòâåííûå ôóíêöèè äèñêðåòíîé çàäà÷è Øòóðìà-Ëèóâèëëÿ:λk =4αhsin22h2√2 sin(πkxi ), i = 0, .

. . , N, k = 1, . . . , N − 1√Êîíñòàíòó âûáèðàåì ðàâíîé2 èç ñîîáðàæåíèé îðòîíîðìèðîâàííîñòè.Ââåäåì H - ëèíåéíîå ïðîñòðàíñòâî ñåòî÷íûõ ôóíêöèè: dim H = N −1, ∀u ∈ H : u0 = uN = 0. Îïðåäåëèì ñêàëÿðíîå ïðîèçâåäåíèå è íîðìó âyk (xi ) =H:∀u, v ∈ H : (u, v) =N−1Xui vi hi=1||u||H =NXi=1! 12u2i hÐàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè91−1(yk , yl ) = δk l, òîãäà {yk (xi )}Nk=1 - îðòîíîðìèðîâàííûéëþáóþ ôóíêöèþ u ∈ H ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå:Ïóñòüu(xi ) =N−1XCk yk (xi ),áàçèñ â H, èi = 0, . . .

, Nk=1Èìååò ìåñòî òàêæå è ðàâåíñòâî Ïàðñåâàëÿ:||u||2H =N−1XCk2k=1Ïóñòüµk (xi ) ≡ yk (xi ),k = 1, . . . , N − 1,i = 0, . . . , N,- ñîáñòâåííûåzin èôóíêöèè äèñêðåòíîé ÇØË (35). Âåðíåìñÿ ê (32) - (34). Ðàçëîæèìψin ïî áàçèñó èç µn :N−1Xzin =k (tn )µk (xn )1ψin =N−1Xψ (k) (tn )µk (xn )1Ïîäñòàâèì ýòè ðàçëîæåíèÿ â (32):N−1Xµk (xi )(ck (tn+1 ) − ck (tn )) =k=1= 0.5τN−1XN−1Xk=11(µk )xx,i (ck (tn+1 ) + ck (tn )) + τψ (k) (tn )µk (xn )ck (tn+1 ) − ck (tn )+ 0, 5λk (ck (tn+1 ) + ck (tn )) = ψ (k) (tn )τn = 0, 1, . . . , k = 1, N − 1, ck (0) = (r(0), µk ) = 0Ðàçðåøèì óðàâíåíèå îòíîñèòåëüíî (n+1)-ãî ñëîÿ.ck (tn+1 ) =1 − 0, 5τ λkτck (tn ) +ψ (k) (tn )1 + 0, 5τ λk1 + 0, 5τ λkÐàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòèÏîëîæèìqk =921−0,5τ λk1+0,5τ λkck (tn+1 ) = qk ck (tk ) +τψ (k) (tn )1 + 0, 5τ λkÒîãäà:zin+1=N−1Xck (tn+1 )µ(k) (xi ) =k=1N−1Xqk ck (tn )µk (xi ) +k=1N−1Xk=1τψ k (tn )µk (xi ) = vin+1 + win+11 + 0.5τ λkÎ÷åâèäíî,kz n+1 k ≤ kv n+1 k + kwn+1 kÎöåíèìkv n+1 k,(37)èñïîëüçóÿ ðàâåíñòâî Ïàðñåâàëÿ.|qk | < 1 ⇒ kvN−1Xn+1 2k =qk2 c2k (tn )≤k=1N−1Xc2k (tn ) = kz n k2(38)k=1Àíàëîãè÷íî,kwn+1 k2 ≤ τ 2 kψ n k2(39)Ó÷èòûâàÿ (38) è (39) íåðàâåíñòâî (37) ïðèìåò âèä:kzn+1nn0k ≤ kz k + τ kψ k ≤ kz k +N−1Xτ kψ k kk=1Èç ðàíåå ðåøåííîé çàäà÷è:kψ k k ≤ M (τ 2 + h2 ) ⇒kz n+1 k ≤ M T (τ 2 + h2 ) → 0ãäåMèTíå çàâèñÿò îòτèïðèh.τ, h → 0,0 < M = const(40)Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè93Ðàçíîñòíàÿ ñõåìà ñ âåñàìè.

Ïîãðåøíîñòü àïïðîêñèìàöèè.Ïîñòðîèì äëÿ çàäà÷è (1) ðàçíîñòíóþ ñõåìó:yin+1 − yinn+1n+ φni ∈ ωτ h= σyxx,i+ (1 − σ)yxx,iτ(41)y0n+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+1z0n+1 = zN= zi0 = 0Ïîãðåøíîñòü àïïðîêñèìàöèè ðàçíîñòíîé ñõåìû (41) íà ðåøåíèè:un+1− unii+ φniτôóíêöèÿ u(x, t) øåñòün+1ψin = σuxx,i+ (1 − σ)unxx,i −u0 =(42)∂u, u̇ = ∂u.

Ïóñòüðàç íåïðå∂x∂tðûâíî äèôôåðåíöèðóåìà ïî x è òðè ðàçà ïî t. Ðàçëîæèì åå ïî ôîðìóëåÎáîçíà÷èìÒåéëîðà â îêðåñòíîñòè òî÷êè(xi , tn+ 1 ):ui+1 = ui + hu0i +22h 00 h3 000 h4 0000u + ui + ui + . . .2 i624Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè94ui−1 = ui −hu0ih2 00 h3 000 h4 0000+ ui − ui + ui + . . .2624ττ2τ3111)+u̇(t)+ü(t)+üi (tn+ 1 ) + .

. .un+1=u(ti n+i n+i n+i22222848ττ2τ3uni = ui (tn+ 1 ) − u̇i (tn+ 1 ) + üi (tn+ 1 ) − üi (tn+ 1 ) + . . .22222848uxx,i =ui+1 − 2ui + ui−1h2 000000=u+u + O(h4 )ih212 iun+1i= u̇i (tn+ 1 + O(τ 2 )2τÂîñïîëüçóåìñÿ íåðàâåíñòâîìτ h2 ≤τ 2 +h4:2h2τ+ O(h4 ) + O(τ 2 ))+ψi00 = σ(u00i + u̇00i + u0000212 iτh2(1 − σ)(u00i − u̇00i + u0000+ O(h4 ) + O(τ 2 ))−212 i˙ i + φn + O(τ 2 + h4 ) =(u)ih2 0000u + O(τ 2 + h4 )12 i00Ïðîäèôôèðåíöèðîâàâ óðàâíåíèå u − u̇+f = 0 äâàæäû ïî x, ïîëó÷èì:(u00i − u̇i + φni ) + (σ − 0.5)τ u̇00 +u0000 − u̇00 + f 00 = 0 ⇒ u0000 = u̇00 + f 00Ïîäñòàâèìu0000iâ ôîðìóëó ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè:h2ψin = u00i − u̇i + f (xi , tn+ 1 ) − f 00 (xi , tn+ 1 ) + φi − f (xi , tn+ 1 )+222|{z} 12=0(σ − 0.5)τ +h2 00u̇ + O(t2 + h4 )12Òàêèì îáðàçîì, ïîðÿäîê ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè çàâèñèò îò ïàðàìåòðàσè àïïðîêñèìàöèè ôóíêöèè f:Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèÿòåïëîïðîâîäíîñòè1.σ = σ∗ =12−95h212τ⇒φni = f (xi , tn+ 1 ) +2h2 00f (xi , tn+ 1 )212ψin = O(τ 2 + h4 )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 }x26l2ÃÃDÃÃl1x1Ââåäåì 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.Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà (çàäà÷à Äèðèõëå)96x26Ãl2Ãh2c cc cDh1ÃÃ-l1x1Ãh - ãðàíè÷íûå óçëû.ÃhN1 −1N1 −1N2 −12 −1= {x0,j }Nj=1 ∪ {xN1 ,j }j=1 ∪ {xi,0 }i=1 ∪ {xi,N2 }i=1ωh = ωh ∪ ÃhŸ2Ðàçíîñòíûå 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 },N2 −1N1 −1N1 −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)Ðàçíîñòíûå ñõåìû äëÿ óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà (çàäà÷à Äèðèõëå)yij |Γh = µ(xi1 , xj2 ), (xi1 , xj2 ) ∈ Γh97(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 ,i = 1, N1 − 1, j = 1, N2 − 1Ïîãðåøíîñòü ðàçíîñòíîãî ðåøåíèÿZij = 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 ñèñòåìû ñóùåñòâóåò è åäèíñòâåííî. Ïåðåïèøåì ñèñòåìó (3) â âèäå:(2Vi+1,j + Vi−1,j Vi,j+1 + Vi,j−12+ 2 ) ∗ Vi,j =+,2h1 h2h21h22(6)0 < i < N1 ,0 < j < N2 .Òåîðåìà. Ñèñòåìà(6) èìååò òîëüêî òðèâèàëüíîå ðåøåíèå.Äîêàçàòåëüñòâî. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íàéäåòñÿ òàêîé óçåëÒîãäà∃i0 , j0 ,xij , ãäå vij 6= 0.òàêèå ÷òî:à)|Vi0 ,j0 | = max |Vij |0≤i≤N10≤j≤N2b) õîòÿ áû â îäíîì óçëå(i0 , j0 ± 1), (i0 ± 1, j0 )áóäåò âûïîëíåíî|Vi0 ,j0 |Ðàññìîòðèì ðàçíîñòíóþ ñõåìó â óçëå(i0 , j0 :2Vi +1,j + Vi −1,jVi ,j +1 + Vi0 ,j0 −12+ 2 ) ∗ Vi0 ,j0 = 0 0 2 0 0 + 0 02h1 h2h1h22|Vij | <Ñõîäèìîñòü ðàçíîñòíîé çàäà÷è Äèðèõëå98Îöåíèì 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 èŸ3µ.Ñõîäèìîñòü 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 < VijÑõîäèìîñòü ðàçíîñòíîé çàäà÷è Äèðèõëå99Òîãäà: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 ìåíüøå íóëÿ. Ïðîòèâîðå÷èå çàâåðøàåò äîêàçàòåëüñòâî.Cëåäñòâèå.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
755,4 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов лекций

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
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
6358
Авторов
на СтудИзбе
311
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее