3D 拉普拉斯算子

计算科学 有限差分 3d 拉普拉斯算子
2021-12-12 20:35:03

我一直无法找到拉普拉斯算子的 5 点模板有限差分的等价物。

对我来说,在二维中很明显,使用有限差分法:

2D2u=1h2(u1,0+u1,0+u0,1+u0,14u0,0)
(h 是尺寸网格/步长)

但我不确定它对于 3 维情况是否完全对称。我可以添加涉及第三维的术语吗?

3D2u=1h2(u1,0,0+u1,0,0+u0,1,0+u0,1,0+u0,0,1+u0,0,16u0,0,0)

我可以找到 3D 拉普拉斯算子的不同精度术语的来源也会有所帮助。

1个回答

是的,这个有限差分是正确的。您可以使用每个坐标中的拉普拉斯算子在每个方向上的有限差分来获得它。

2u=2ux2+2uy2+2uz21h2[u(x+h,y,z)2u(x,y,z)+u(xh,y,z)]+1h2[u(x,y+h,z)2u(x,y,z)+u(x,yh,z)]+1h2[u(x,y,z+h)2u(x,y,z)+u(x,y,zh)]=1h2[u(x+h,y,z)+u(xh,y,z)+u(x,y+h,z)+u(x,yh,z)+u(x,y,z+h)+u(x,y,zh)6u(x,y,z)].

或者,您可以插入一个通过模板中的点的多项式,然后计算其拉普拉斯算子并在(x,y,z).