证明泊松方程的 5 点方案的收敛性

计算科学 pde 收敛
2021-12-02 05:25:54

所以,我们正在求解双调和方程(Δ2u=f) 通过求解泊松方程 (2u=f) 两次。我们有很好的边界条件,u=0Δu=0在边界上。

我们使用 5 点方案,其中

1h2δx2up+1k2δy2up=fp+τp

我们得到以下截断错误的表达式:

τp=112h2x4up+112k2y4up

假设“不错”的初始值函数f我们要证明该方法是收敛的,即。当步长变大时,全局误差会以某种方式变为零hk归零。

关于如何继续展示这一点的任何线索?

2个回答

据我所知,证明五点模板的稳定性有一个涉及光谱半径的经典证明,因为特征值是一个简单的三角函数。虽然我没有手边的数值分析书籍,但我能够在 p.1 中找到证明本笔记的43条(这可能是前面提到的 LeVeque 书的笔记)

请注意,您可能希望首先查看 1D 案例,因为该注释对 2D 案例非常简短。我想这取决于您是否想将特征值身份视为理所当然,其余的都非常简单。

您是否尝试过一些关于有限差分的好书?很确定他们展示了如何证明给定方法是否收敛。

J. Strikwerda,有限差分方案和偏微分方程,SIAM。

http://pages.cs.wisc.edu/~strik/strik.html

R. LeVeque,常微分方程和偏微分方程的有限差分方法:稳态和时间相关问题,SIAM。

http://faculty.washington.edu/rjl/fdmbook/index.html