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

152 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

2262. Виховна година з теми: Державний Прапор України – святиня нашого народу 21.84 KB
  Мета: ознайомити учнів з історією створення Прапора України, виховувати патріотизм і національну гідність.
2263. Описание и принцип работы электрической принципиальной схемы станка 2Н125 30 KB
  Электрооборудование станка включает в себя трёхфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель вращения и рабочей подачи шпинделя, электронасос охлаждения, электроаппаратуру управления.
2264. Типичные причины и виды конфликтов 47.93 KB
  В данной работе излагаются ключевые проблемы конфликтов в организации. Раскрываются основные понятия конфликтов, их сущность. Рассматривается основные виды конфликтов в организации, точки зрения организационных уровней, по сфере возникновения и развития, по отношению к отдельному субъекту
2265. Изгибающий момент 47.34 KB
  Определяем опорные реакции, используя вторую форму условий равновесия. Для определения поперечной силы Q и изгибающего момента M воспользуемся методом сечений.
2266. Франкфуртская школа (критическая социология) 64 KB
  Франкфуртская школа складывается в самостоятельное направление в 30-40-е гг. XX столетия на базе Института социальных исследований во Франкфурте-на-Майне (Германия).
2267. Права и обязанности детей и родителей 65.5 KB
  Сущность и анализ основных прав и обязанностей детей. Основные права и обязанности детей. Практика Европейского суда по защите прав детей. Сущность и анализ основных прав и обязанностей родителей. Основные права и обязанности родителей. Практика Европейского суда по правовым вопросам родителей.
2268. Синхронизация процессов. Обмен данными между процессами 56 KB
  Цель работы: получить представление о сигналах в операционной системе UNIX и способах их перехвата и обработки, а также о синхронизации процессов при помощи сигналов и обмене данными между процессами с использованием разделяемой памяти.
2269. Социализация личности 32.5 KB
  Социализация — двусторонний процесс включающий в себя, с одной стороны, усвоение индивидом социального опыта, с другой стороны, процесс активного воспроизводства системы социальных связей за счёт его активной деятельности.
2270. Вимоги у сфері роботи з клієнтами 45 KB
  Бізнес вимоги – вони містять високо рівневі цілі організації, її як правило фінансує хто замовив проект. Бізнес вимоги як правило записуються в документі який називається границями проекту.