椭圆边值问题正交样条配置法的收敛分析

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椭圆方程广泛存在于物理、化学等许多学科的实际问题中.常见的有Laplace方程△u(x<,1>,x<,2>)=0,(x<,1>,x<,2>)∈Ω,在物理学中用来描述势能,如Ω上电荷密度不变时的电势能,电流密度不变的磁势能等等.还有Poisson方程△u(x<,1>,x<,2>)=f(x<,1>,x<,2>)(x<,1>,x<,2>)∈Ω.其中∫(x<,1>,x<,2>)∈ C(Ω)表示源项,如势能中电荷密度.一般椭圆方程为Lu(x<,1>,x<,2>)=f(x<,1>,x<,2>), (x<,1>,x<,2>)∈Q为了使椭圆方程有定解,需要一个边值条件,例如Dirichlet边条件 U(x<,1>,x<,2>)=g(x<,1>,x<,2>), (x<,1>,x<,2>)∈Ω,和Neumann边条件求解椭圆方程的方法很多,如有限差分、有限元和配置法等.配置法是近二三十年发展起来的以满足纯插值约束条件的方式,寻求算子方程近似解的数值方法,通过分片多项式求近似解,使之在某些特定的点即配置点上满足微分方程及其边界条件.配置法无需计算数值积分,而数值积分既要增加工作量,又会影响系数矩阵的精度,因此配置法较之有限元方法具有计算简便以及收敛精度高等优点,广泛的应用于数学物理以及工程问题.其中,利用高斯数值积分公式的节点(Gauss点)代替自然节点进行配置的方法称为正交样条配置法(Osc方法),较之普通配置法精度更高,收敛速度更快. 但是,以往对椭圆方程进行的正交样条配置法大多有一些局限性.多数只考虑L的散度形式,并且只考虑L为自共轭算子的情况,不考虑L中的一阶偏导数b<,1>u<,x1>和b<,2>u<,x2>也不考虑算子L中的混合偏导数α<,12>u<,x1,x2>和α<,21>u<,x2,x1>. 本文讨论了单位区域上的椭圆方程非齐次Dirichlet边值问题,其中算子L为非自共轭、非散度形式,在分析过程中考虑了一阶偏导数u<,x>和混合偏导数u<,x1,x2>.为了简化计算,令α<,12>=α<,21>.在用分片双三次Hermite正交样条配置法逼近椭圆方程的同时,用分片三次Hermite插值逼近非齐次Diriichlet边条件.相比较先将非齐次边值问题转化为齐次边值问题再进行配置的方法,这样的计算更简便,工作量更小.最后,得到了配置解的存在唯一性和最佳阶日H<1>模误差估计.
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