क्रैंक-निकोलसन विवेक द्वारा बनाए गए गर्मी समीकरण का अधिकतम / न्यूनतम सिद्धांत है?


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मैं 1D गर्मी समीकरण को हल करने के लिए क्रैंक-निकोलसन परिमित अंतर योजना का उपयोग कर रहा हूं। मैं सोच रहा था कि गर्मी समीकरण का अधिकतम / न्यूनतम सिद्धांत (यानी कि अधिकतम / न्यूनतम प्रारंभिक स्थिति या सीमाओं पर होता है) भी विवेकाधीन समाधान के लिए रखता है।

यह शायद इस तथ्य से निहित है कि क्रैंक-निकोलसन एक स्थिर और अभिसरण योजना है। लेकिन ऐसा लगता है कि आप क्रैंक-निकोलसन स्टैंसिल से निर्मित मैट्रिसेस का उपयोग करके एक रेखीय बीजगणित तर्क के माध्यम से इसे सीधे साबित करने में सक्षम हो सकते हैं।

मैं इस पर साहित्य के लिए किसी भी संकेत की सराहना करता हूँ। धन्यवाद।


हाय फोबार्बाज़, और आपका स्वागत है scicomp! मुझे लगता है कि आपके द्वारा हल की गई समस्या का कोई स्रोत शब्द नहीं है, सही है?
पॉल

जवाबों:


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क्रैंक-निकोलसन के लिए अधिकतम सिद्धांत टाइमस्टेपkऔर ग्रिड रिक्तिh के लिए। सामान्य तौर पर हम विचार कर सकते हैं एकθफार्म के -scheme यूएन+1=यूएन+μ

μkh21
khθ जहांएकमानक Laplacian मैट्रिक्स और है0θ1। तोμ(1-2θ)1
un+1=un+μ2((1θ)Aun+θAun+1)
A0θ1 , फिर योजना स्थिर है। (यह आसानी से फूरियर तकनीक के द्वारा दिखाया जा सकता है।) हालांकि, मजबूत कसौटी यह है किμ(1-θ)1μ(12θ)12सामान्य रूप से धारण करने के लिए अधिकतम सिद्धांत के लिए 2 की आवश्यकता होती है।μ(1θ)12

एक सबूत के लिए, केडब्ल्यू मॉर्टन द्वारा आंशिक विभेदक समीकरणों के संख्यात्मक समाधान देखें । विशेष रूप से, धारा २.१० और २.११ और प्रमेय २.२ देखें।


यह भी देखने का एक अच्छा तरीका है कि अधिकतम सिद्धांत पर एक बाधा के बिना सामान्य रूप से क्रैंक-निकोलसन के लिए पकड़ नहीं होगा ।μ

सीमा सहित 3 बिंदुओं वाले विवेक के साथ पर गर्मी समीकरण पर विचार करें । आइए u k i को टाइमस्टेप k और ग्रिड बिंदु i पर विवेक को निरूपित करें । डिरिचलेट सीमा मान लें, ताकि सभी k के लिए u k 0 = u k 2 = 0 हो । फिर क्रैंक-निकोलसन कम हो जाता है ( 1 - μ[0,1]uikkiu0k=u2k=0k जिसे और घटाकर u n + 1 1 =(1-μ किया जा सकता है

(1μ2(2))u1n+1=(1+μ2(2))u1n,
u1n+1=(1μ1+μ)u1n.

यदि हम की प्रारंभिक स्थिति पर विचार करते हैं , तो हमारे पास u n 1 = ( 1 - μ हैu10=1

u1n=(1μ1+μ)n,
u1n1u1n<0nμ1μ1μ

फोबार्बाज़ के अनुरोध के जवाब में, मैंने सबूत का एक स्केच जोड़ा है।

(1+2θμ)ujn+1=θμ(uj1n+1+uj+1n+1)+(1θ)μ(uj1n+uj+1n)+[12(1θ)μ]ujn

μ(1θ)12

ujn+1uj1n+1uj+1n+1uj1nuj+1nujnujn+1ujn+1

(1+2θμ)ujn+1>θμ(uj1n+1+uj+1n+1)+(1θ)μ(uj1n+uj+1n)+[12(1θ)μ]ujn=(1+2θμ)ujn+1

ujn+1u


धन्यवाद! क्या आपको मोर्टन के अलावा एक और संदर्भ का पता है? मैं Google पुस्तक पूर्वावलोकन में उन अनुभागों या प्रमेय तक नहीं पहुँच सकता। मैं प्रमाण समझना चाहूंगा।
फोबाराज

@foobarbaz मेरे पास एक और संदर्भ काम नहीं है, लेकिन मैंने सबूत की एक रूपरेखा जोड़ दी। मुझे बताएं कि क्या मैं इसे स्पष्ट कर सकता हूं।
बेन

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स्थिरता का मतलब है कि एक गड़बड़ी समय में बंधी हुई है। इसका मतलब यह नहीं है कि अधिकतम सिद्धांत असतत स्तर पर संतुष्ट है, यह एक अलग मुद्दा है। असतत अधिकतम सिद्धांत को संतुष्ट करना पर्याप्त है लेकिन स्थिरता के लिए आवश्यक नहीं है।

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