मैं 1 डी संवेदी समीकरण के संख्यात्मक समाधान में संयमी दोलनों पर एक बाध्य कैसे प्राप्त कर सकता हूं?


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मान लीजिए कि मुझे निम्नलिखित आवधिक 1 डी संवहन समस्या थी:

ut+cux=0 में Ω=[0,1]
u(0,t)=u(1,t)
u(x,0)=g(x)
कहाँ पे g(x) पर एक कूद असंतोष है x(0,1)

यह मेरी समझ है कि पहले क्रम से अधिक के रैखिक परिमित अंतर योजनाओं के लिए, समय के साथ इसे बंद करने के रूप में असंतोष के निकट, स्पंदनात्मक दोलन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इसकी अपेक्षित तरंग आकार से समाधान का विरूपण होता है। विकिपीडिया के स्पष्टीकरण के अनुसार , ऐसा लगता है कि ये दोलन आमतौर पर तब होते हैं जब एक विखंडित फ़ंक्शन एक परिमित फ़ेरियर श्रृंखला के साथ अनुमानित होता है।

किसी कारण से, मैं समझ नहीं पा रहा हूं कि इस पीडीई के समाधान में एक परिमित फूरियर श्रृंखला कैसे देखी जा सकती है। विशेष रूप से, मैं विश्लेषणात्मक रूप से "ओवर-शूट" पर एक अनुमान कैसे लगा सकता हूं?

जवाबों:


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पहला आदेश अपवर्जन विधि मोनोटोन है; यह सहज दोलनों का परिचय नहीं देता है। लेकिन यह केवल पहला आदेश है, जिसके परिणामस्वरूप कई उद्देश्यों के लिए इतना संख्यात्मक प्रसार अनुपयोगी है। गोडुनोव के प्रमेय में कहा गया है कि पहले क्रम से अधिक के रैखिक स्थानिक विवेक मोनोटोन नहीं हो सकते। सख्ती से दोलनों को नियंत्रित करने के लिए, हम कुल भिन्नता कम करने (TVD) योजनाओं का उपयोग करते हैं। टीवीडी विधियां आमतौर पर दूसरे ऑर्डर सटीकता तक सीमित हैं। उच्चतर आदेश के लिए, हमें या तो अपने अनुरोध को शिथिल करना चाहिए, जिससे कुल भिन्नता (बंधे हुए) तरीके जैसे (भारित) आवश्यक गैर-ऑसिलेटरी ((डब्ल्यू) ईएनओ) हो सकते हैं, या हमें "अधिकतम-सिद्धांत संरक्षण" के लिए टीवीडी की परिभाषा को शिथिल करना चाहिए। या इसी तरह, जहां प्रारंभिक एक्सट्रैमा एक प्रारंभिक पुनर्निर्माण समाधान के संदर्भ में है, जिसके परिणामस्वरूपविशेष सीमित योजनाएँ


मेरी क्षमा याचना ... किसी कारण से, मुझे यह धारणा मिली कि यह पहली आदेश योजना के लिए भी सही था। मैंने इस टिप्पणी को प्रतिबिंबित करने के लिए प्रश्न संपादित किया।
पॉल

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आवधिक सीमाओं के साथ एक 1 डी समस्या के रैखिक परिमित अंतर विवेकाधिकार से फार्म का विवेकाधिकार होता है

Un+1=LUn

कहाँ पे Lएक वृत्ताकार मैट्रिक्स है । किसी भी सर्कुलर मैट्रिक्स के आइजनवेक्टर फ़्यूचर मोड हैं

vj=exp(ijhξ)
(यहाँ h ग्रिड रिक्ति है और ξwavenumber है, जो शून्य से लेकर ग्रिड पर सबसे अधिक लहराने योग्य प्रतिनिधित्व योग्य है)। ये eigenvectors सभी कार्यों के लिए एक आधार बनाते हैं जिन्हें ग्रिड पर दर्शाया जा सकता है। यदि आप इन असतत फूरियर मोड के संदर्भ में समाधान व्यक्त करते हैं, तो संख्यात्मक विधि को विकर्ण किया जाता है, अर्थात प्रत्येक चरण में प्रत्येक फूरियर घटक को (आमतौर पर जटिल) अदिश कारक से गुणा किया जाता है। स्केलर कारक को अक्सर प्रवर्धन कारक के रूप में संदर्भित किया जाता है, और जो मैंने अभी वर्णित किया है उसे वॉन न्यूमैन विश्लेषण के रूप में जाना जाता है । यह रैखिक PDEs के फूरियर विश्लेषण के अनुरूप है, जिसमें एक रैखिक अंतर ऑपरेटरों को "विकर्ण" करने के लिए एक फूरियर के आधार का उपयोग करता है।

उदाहरण के लिए, स्ट्रीकवर्डा या लेवेके के पाठ में आप अच्छे स्पष्टीकरण पा सकते हैं ।


मैं वॉन न्यूमैन विश्लेषण से परिचित हूं। लेकिन क्या मैं वास्तव में इस विश्लेषण का उपयोग संयमी दोलनों पर बाध्य करने के लिए कर सकता हूं?
पॉल

मैं मुख्य रूप से आपके कथन का जवाब दे रहा था कि मैं समझ नहीं पा रहा हूं कि इस पीडीई के समाधान में एक परिमित फूरियर श्रृंखला कैसे देखी जा सकती है। लेकिन हां, आप इस विश्लेषण से ऐसी सीमाएं प्राप्त कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आप सबसे खराब स्थिति secenario को देख सकते हैं जिसमें सभी मोड रचनात्मक रूप से हस्तक्षेप करते हैं। हालांकि, यह एक बहुत निराशावादी बाध्य होने की संभावना है। व्यवहार में, मैंने टीवीडी या टीवीबी के अलावा किसी को भी सीमित नहीं देखा है (जो काफी मजबूत हैं और रैखिक योजनाओं के लिए पकड़ नहीं रखते हैं)।
डेविड केचेसन

आप संभवतः उच्चतम वेवम्बर मोड के लिए फैलाव के संबंध को देखकर अधिक रोचक बाध्य हो सकते हैं। लेकिन मैंने ऐसा कभी नहीं देखा।
डेविड केचेसन

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नहीं सभी शानदार दोलनों गिब्स घटना है। वे समान दिखते हैं, लेकिन बंद कार्यों के सभी परिमित फूरियर सन्निकटन के लिए गिब्स दोलनों हैं (वे अधिक शर्तों को जोड़ने के साथ ही छोटे हो जाते हैं)। जबकि, PDE को परिमित अंतर सन्निकटन के विलयन से उत्पन्न होने वाले असंगत कार्यों के गैर-दोलित निरूपण हैं जिन्हें अनंत श्रृंखला की आवश्यकता नहीं है।

बाथ (अप -डाउन तरीकों का परीक्षण , पीडीएफ) में 1-डी में परिमित तत्व विधियों (संवहन-प्रसार, IIRC) के लिए इस पर एक पेपर होता है, जिसमें निरंतर स्थिरांक की गणना होती हैinf- हालत और दोलनों है कि संबंधित। आप इससे कुछ जानकारी हासिल कर सकते हैं।sup


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यह एक उपयोगी पेपर है, लेकिन ध्यान दें कि एंटी-सुपर स्थिरता दोलनों का मजबूत नियंत्रण प्रदान नहीं करती है। उदाहरण के लिए, एंटी-सुपर स्थिरता की कोई भी राशि टीवीडी विधि प्रदान नहीं कर सकती है। और गोडुनोव के प्रमेय के प्रकाश में, यह कोई मतलब नहीं है कि हम रैखिक स्थानिक विवेक की तलाश में जा सकते हैं यदि हम पहले से अधिक आदेशों के गैर-दोलक समाधान करना चाहते हैं। ध्यान दें कि इस पत्र में सभी विधियों में पेलेट संख्या दिखाई देती है, और विधियाँ पहले रूप में क्रमिक रूप से नीचा दिखाती हैं , जबकि TVD भी नहीं है। Pe
जेड ब्राउन

ये सभी सत्य कथन हैं। यह केवल संवहन-प्रसार की समस्याओं पर ही लागू होता है।
बिल बर्थ

2

परिमित फूरियर श्रृंखला और परिमित तत्व सन्निकटन के बीच संबंध के बारे में आपके अंतिम प्रश्न के लिए: सामान्य तौर पर, यदि आप एक परिमित आयामी अंतरिक्ष पर एक छलांग के साथ एक फ़ंक्शन को प्रोजेक्ट करने का प्रयास करते हैं जिसके आधार कार्य निरंतर हैं, तो आपको गिब्स घटना मिलती है। यह सच है अगर आधार एक परिमित फूरियर श्रृंखला है (जहां आधार कार्य साइन और कोजाइन हैं) या यदि आधार सामान्य परिमित तत्व हैट फ़ंक्शंस हैं - तो यह प्रोजेक्शन की संपत्ति है और आधार फ़ंक्शंस की अनसुविधा है।


मुझे गलत साबित होने की खुशी है, क्योंकि मैं स्पष्ट रूप से अभ्यास से बाहर हूं, लेकिन मैं आगे की योग्यता के बिना टोपी के कार्यों पर अनुमानों के बारे में आपकी टिप्पणी नहीं खरीद रहा हूं। मेरे पहले वर्ष FEM वर्ग से मेरे पुराने 1-D MATLAB कोड का उपयोग करके मेरी त्वरित गणना से पता चलता है कि पर चरण फ़ंक्शन का प्रक्षेपण हैट फ़ंक्शंस का उपयोग गैर-ऑसिलेटरी है। क्या आपके पास एक उदाहरण है जो दिखा सकता है कि मैं क्या याद कर रहा हूं? H01
बिल बर्थ

कोई बात नहीं। पुराना कोड पुराना है। मैं दोलनों को पुन: उत्पन्न कर सकता हूं। पिछली टिप्पणी वापस ले ली गई।
बिल बर्थ

मुझे खुशी है कि मैं मदद कर सकता हूं :-)
वोल्फगैंग बंगर्थ

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एक दृष्टिकोण समतुल्य समीकरण के माध्यम से होता है, वह है, अंतर समीकरण जिसके लिए आपकी असतत विधि निकटतम संसेचन देती है। यह कभी भी अंतर समीकरण नहीं है जिसे आप हल करना चाहते हैं। फिर आप प्रारंभिक डेटा के रूप में एक चरण फ़ंक्शन के लिए, समान समीकरण के असममित समाधान को देखते हैं। बूचे, डी।, बोनाउड, जी। और रामोस, डी।, 2003 को देखें। संधि समीकरण को हल करने के लिए संख्यात्मक योजनाओं की तुलना। लागू गणित के अक्षर, 16 (2), पीपी .47-154।

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