的二阶中心有限差分逼近你xy _uxy

计算科学 有限差分 离散化
2021-11-27 16:09:24

问题是找到偏导数u xy的二阶有限差分逼近,其中uxy的函数。

我发现这个pdf的第 5 页分两步对它进行了中心差近似。它首先对其中一个部分进行二阶中心有限差分近似,然后将第二部分的近似值插入其中(使用相同的公式):

在此处输入图像描述

将第 2 行和第 3 行插入 1 给出(根据 pdf)以下内容:

在此处输入图像描述

最后一个O [(Δ x ) 2 ,(Δ y ) 2 ] 是我遇到的问题。请注意,当第 2 行和第 3 行的 O(Δ y ) 2项进入 1 的分子时,它们将除以分母中的 Δ x那么为什么第 3 行中的残差项是 O(Δ y ) 2而不是 O(Δ y 2x )?这会不再是“二阶”近似吗?(例如,如果沿两个轴的网格间距相同(Δ x = Δ y = h),则项的阶数为h 2/ h = h,而不是h 2。)

我的建议是在第 2 行和第 3 行中使用更高阶的近似值(第 3 次或更多),以便在除以 Δ x的情况下幸存下来,并且仍然具有 2 阶的最终表达式。但我可能在这里遗漏了一些东西。

2个回答

此PDF 文档的第 2.5 节介绍了一些额外的细节,实际上该错误确实是次要的。关键是这个词乘以Δy2/Δx项等于

Δx(4uxy3+O(Δx2))

1/Δx取消Δx在这个术语中,错误在形式上是二阶的ΔxΔy独立。

您可以通过搜索“交叉衍生品”和“有限差分”找到其他资源

所呈现的离散化具有二阶精度。直观地看,x 和 y 的一阶导数都是使用中心差分来获取的,这使得它们的精度阶为 2。因此,这两个二阶中心差分项的组合应该至少是二阶精确的。