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

137 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

3233. Лечебная физическая культура 5.23 MB
  Организация медико-социальной реабилитации. В учебном пособии освещены задачи и содержание медицинской реабилитации с учетом современных достижений, роль и место лечебной физической культуры в восстановительном лечении. В систе...
3234. Погрузочные машины 27.41 KB
  Погрузочные машины Погрузчик представляет собой самоходную подъемно-транспортную машину, включающую в себя базовое шасси и технологическое оборудование в виде шарнирно-рычажного механизма с рабочим органом. Привод технологического оборудования в кон...
3235. Фундаменты на естественном основании и свайные фундаменты 1.13 MB
  В данном курсовом проекте по дисциплине “Основания и фундаменты” рассчитаны и запроектированы фундаменты на естественном основании и свайные фундаменты. Приведены необходимые данные по инженерно-геологическим изысканиям, схемы жилого здания, действующие нагрузки по расчетным сечениям.
3236. Философская антропология 26.94 KB
  Под философской антропологией или философией человека понимают учение о природе человека. Рассматривая философскую антропологию, Эспиноза не связывает её изучение с такими науками как этика, теодицея, космология, биология. «Лишь психология была той ...
3237. Основы политологии как науки 66.19 KB
  Шпаргалка по политологии 1. Возникновение и развитие политической науки. 2. Функции и методы политологии 3. Роль политического образования в современном мире 4. Взаимоотношение политики с другими сферами общественной жизни. 5. Политическая элита...
3238. Адміністративна відповідальність 625 KB
  Навчально-методичний посібник з курсу Адміністративна відповідальність містить загальні методичні вказівки, програму курсу та зміст дисципліни по модулях і темах, тематичний план, завдання для самостійної роботи та прак...
3239. Политические риски, которые учитываются в поцессе принятия управленческих решений международными компаниями в Украине 37.5 KB
  Политические риски, которые учитываются в поцессе принятия управленческих решений международными компаниями в Украине Политический риск (англ. Political risk) - экстраординарные действия иностранных государств и политические события за рубежом, кото...
3240. Определение стандартного теплового эффекта 54.5 KB
  В системе протекает экзотермическая реакция, энтропия системы при этом возрастает, а энергия Гиббса убывает, то это значит, что реакция в системе может протекать самопроизвольно при любых температурах.
3241. Выбор метода выхода на внешний рынок 211.5 KB
  Проблеме выбора метода выхода на мировые рынки последние 50 лет уделялось значительное внимание и зарубежными, и отечественными авторами. Одной из главных причин стали нарастающие темпы процессов глобализации и интернационализации. Усиливша...