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

144 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

26792. Задача Коши для обыкновенного дифференциального уравнения 1-го порядка 94.5 KB
  Сетевая модель данных Стандарт сетевой модели впервые был определен в 1975 году организацией CODASYL Conference of Data System Languages которая определила базовые понятия модели и формальный язык описания. Базовыми объектами модели являются: элемент данных; агрегат данных; запись; набор данных Элемент данных то же что и в иерархической модели то есть минимальная информационная единица доступная пользователю с использованием СУБД. Агрегат данных соответствует следующему уровню обобщения в модели. Агрегат данных имеет имя и в...
26793. Уточнение корней уравнения. Метод деления отрезка пополам, метод секущих 126.5 KB
  Так как сущность соответствует некоторому классу однотипных объектов то предполагается что в системе существует множество экземпляров данной сущности. Объект которому соответствует понятие сущности имеет свой набор атрибутов характеристик определяющих свойства данного представителя класса. При этом набор атрибутов должен быть таким чтобы можно было различать конкретные экземпляры сущности. Набор атрибутов однозначно идентифицирующий конкретный экземпляр сущности называют ключевым.
26794. Обобщение простейших формул численного интегрирования 97 KB
  GPSS PC и GPSS World GPSS общецелевая система моделирования язык программирования используемый для имитационного моделирования различных систем в основном систем массового обслуживания. В 1984 выпускается версия GPSS на компьютерах типа IBM PC. Синтаксис языка в основном соответствовал GPSS V но было некоторое расширение подмножества например были выведены блоки CHANGE HELP PRINT и WRITE и общее число блоков доведено до 44. Подобно GPSS V и в отличии от GPSS H время моделирования должно быть целым числом но почти не ограниченно по...
26795. Численное интегрирование. Геометрический смысл численного интегрирования 69.5 KB
  Геометрический смысл численного интегрирования Численное интегрирование это вычисление определенных интегралов от функций заданных либо в явном виде например либо в виде таблицы. Например отношение в реляционной модели данных не допускает наличия одинаковых кортежей а таблицы в терминологии SQL могут иметь одинаковые строки. SQL содержит 4 группы операторов: операторы описания данных create drop alter операторы манипуляции данными insert delete select операторы задания прав доступа в базе данных lock unlock операторы защиты...
26798. Основы методологии проектирования ИС 152 KB
  В общем виде цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач включающих в себя обеспечение на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации: требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования; требуемой пропускной способности системы; требуемого времени реакции системы на запрос; безотказной работы системы; необходимого уровня безопасности; простоты эксплуатации и поддержки системы. Конечными продуктами этапа проектирования являются: схема базы...
26799. Информационные системы. Основные понятия. Корпоративные информационные системы. Структура КИС 469.61 KB
  Корпоративные информационные системы. взаимосвязанные функциональные подсистемы обеспечивающие решение задач организации. Функциональные подсистемы в принципе не могут существовать без компьютерной инфраструктуры.
26800. История развития баз данных 420.15 KB
  И в этом случае наличие сравнительно медленных устройств хранения данных к которым относятся магнитные ленты и барабаны было недостаточным. Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью чем магнитные барабаны обеспечивали удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки а возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически неограниченный архив данных. До этого каждая прикладная программа которой требовалось хранить данные во внешней памяти сама определяла...