46738

Разностные схемы: явная и неявная схемы

Доклад

Математика и математический анализ

Решение разностной схемы называется приближенным решением дифференциальной задачи. Характеристика неявной разностной схемы Рассмотрим одномерное дифференциальное уравнение параболического типа с начальным и граничными условиями: 4.7 записана на n 1ом шаге по времени для удобства последующего изложения метода и алгоритма решения неявной разностной схемы 4. В разделе Порядок аппроксимации разностной схемы было отмечено что разностная схема 4.

Русский

2013-11-25

28.1 KB

148 чел.

8 вопрос: Разностные схемы: явная и неявная схемы:

Разностная схема — это конечная система алгебраических уравнений, поставленная в соответствие какой-либо дифференциальной задаче, содержащей дифференциальное уравнение и дополнительные условия (например краевые условия и/или начальное распределение). Таким образом, разностные схемы применяются для сведения дифференциальной задачи, имеющей континуальный характер, к конечной системе уравнений, численное решение которых принципиально возможно на вычислительных машинах. Алгебраические уравнения, поставленные в соответствие дифференциальному уравнению получаются применением разностного метода, что отличает теорию разностных схем от других численных методов решения дифференциальных задач (например проекционных методов, таких как метод Галёркина).

Решение разностной схемы называется приближенным решением дифференциальной задачи.

  Характеристика неявной разностной схемы

     Рассмотрим одномерное дифференциальное уравнение параболического типа с начальным и граничными условиями:

 

(4.5)

Запишем для уравнения (4.5) неявную разностную схему:

 

(4.6)

Запишем аппроксимацию начального и граничных условий:

 

(4.7)

Аппроксимация граничных условий (4.7) записана на (n + 1)-ом шаге по времени для удобства последующего изложения метода и алгоритма решения неявной разностной схемы (4.6). 
     В разделе "
Порядок аппроксимации разностной схемы" было отмечено, что разностная схема (4.6) имеет такой же порядок аппроксимации, как и соответствующая ей явная разностная схема (4.2), а именно:

 

В разделе "Доказательство абсолютной устойчивости неявной разностной схемы" было доказано, что неявная разностная схема (4.6) абсолютно устойчива, т.е. вне зависимости от выбора интервала деления на разностной сетке (или, иначе говоря, выбора расчётного шага по независимым переменным) погрешность решения неявной разностной схемы в процессе вычислений возрастать не будет. Отметим, что это, безусловно, является достоинством неявной разностной схемы (4.6) по сравнению с явной разностной схемой (4.2), которая устойчива только при выполнения условия (3.12). В то же время явная разностная схема имеет достаточно простой метод решения, а метод решения неявной разностной схемы (4.6), называемый методом прогонки, более сложен. Прежде чем перейти к изложению метода прогонки, необходимо вывести ряд соотношений, используемых этим методом.

Характеристика явной разностной схемы.

     Рассмотрим одномерное дифференциальное уравнение параболического типа с начальным и граничными условиями:

 

(4.1)

Запишем для уравнения (4.1) явную разностную схему:

 

(4.2)

Запишем аппроксимацию начального и граничных условий:

 

(4.3)

Аппроксимация граничных условий (4.3) записана на (n + 1)-ом шаге по времени для удобства последующего изложения метода и алгоритма решения явной разностной схемы (4.2). 
     В разделе "
Порядок аппроксимации разностной схемы" было доказано, что разностная схема (4.2) имеет порядок аппроксимации:

 

В разделе "Доказательство условной устойчивости явной разностной схемы" было получено условие устойчивости данной разностной схемы, накладывающее ограничение на выбор интервала деления при создании разностной сетки (или, иначе говоря, ограничение на выбор расчётного шага по одной из независимых переменных):

 

Отметим, что это, безусловно, является недостатком явной разностной схемы (4.2). В то же время она имеет достаточно простой метод решения.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37357. ВАЛЕОЛОГИЯ КУРС ЛЕКЦИЙ 2.88 MB
  Это стиль и право автора преподносить информацию в таком виде Высокий профессионализм автора имеющего медицинское психологическое и педагогическое образование позволил осветить избранный круг вопросов по здоровому образу жизни медикосоциальным психологическим и юридическим аспектам долголетия сердечнососудистым заболеваниям алкоголизму абортам двигательной активности и другим социально значимым вопросам. Надеюсь что студенты и преподаватели педагогических вузов колледжей и лицеев с гуманитарным уклоном а также многочисленные...
37358. Общие требования и порядок выполнения курсовой работы 339 KB
  Что оценивает научный руководитель в твоей курсовой работе При оценке работы учитывается актуальность степень самостоятельности качество проведенного лингвистического анализа уровень общей и профессиональной грамотности. Работа над курсовым исследованием Нужно знать что работа над курсовым исследованием состоит из нескольких этапов: формирование замысла работы определение объекта и предмета исследования цели работы; поиск и обработка специальной литературы по проблеме исследования; отбор и подготовка фактического материала;...
37359. Упаковка и брендинг продукта: шоколад 5.99 MB
  Бренд - известная торговая марка, окружённая набором ожиданий, ассоциированных с продуктом или услугой, которые типично возникают у людей. Создание бренда (брендинг) - один из самых важных этапов формирования потребительской аудитории товара, продукта или услуги.
37362. Выдача иностранным гражданам и лицам без гражданства вида на жительство в РФ 48 KB
  Вид на жительство — документ, выданный иностранному гражданину в подтверждение его права на постоянное проживание в Российской Федерации, а также его права на свободный выезд из Российской Федерации и въезд в Российскую Федерацию. Вид на жительство, выданный лицу без гражданства, является одновременно и документом, удостоверяющим его личность.
37363. Разработка программного обеспечения решения задачи о назначении сотрудников на должности 199.52 KB
  Имеется конечное число видов работ, которые могут быть выполнены потенциальными кандидатами на эти должности. При этом каждого кандидата можно назначить на выполнение только одной работы, а каждая работа, в свою очередь, должна выполняться только одним кандидатом. Известна эффективность выполнения каждой работы (или издержки при назначении) любым из потенциальных кандидатов.
37364. ОБОРУДОВАНИЕ УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ СИСТЕМОЙ АВТОБЛОКИРОВКИ С ТОНАЛЬНЫМИ РЕЛЬСОВЫМИ ЦЕПЯМИ И ЦЕНТРАЛЬНЫМ РАЗМЕЩЕНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ТИПА АБТЦ-03 60.02 KB
  Для управления и правильного пользования сигналами раздельные пункты станции ограничивающие перегон оборудуют блокировочными аппаратами и релейными приборами и связывают их электрически между собой двухпроводной линейной цепью. От этого сигнала срабатывает релейная аппаратура ПАБ которая обеспечивает зависимость по управлению светофором. На железных дорогах используются в основном релейные системы ПАБ Гипротранссигналсвязи РПБ ГТСС. В релейных системах все блокировочные зависимости и необходимые замыкания осуществляются с помощью реле...
37365. Оборудование промежуточных станций электрической централизацией стрелок и сигналов 57.23 KB
  Задача курсового проекта заключается в разработке системы электрической централизации по заданному плану станции для данной горловины. В курсовом проекте используется блочная маршрутно-релейная централизация, так как она обеспечивает маршрутное управление, что обеспечивает сокращение времени на установку маршрута и так же позволяет повысить производительность труда.