理论教育 加权余量法:土建基本思想

加权余量法:土建基本思想

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:加权余量法可不受限制地对一般微分方程建立积分方程,并转化为代数方程组,得到微分方程的近似解,下面讨论加权余量法的基本思想。现取微分方程式的近似解u为其中,αi为待定系数,φi为取自完备函数系列的线性独立函数,称为基函数。为了提高精度,希望式是一个多项式,即要求式是一个方程组,于是,就提出了加权余量法的概念。

加权余量法:土建基本思想

加权余量法可不受限制地对一般微分方程建立积分方程,并转化为代数方程组,得到微分方程的近似解,下面讨论加权余量法的基本思想。

考虑微分方程

Lu)=f(在域D内) (2.4.1)

满足边界条件

Bu)=0(在边界Γ上) (2.4.2)

其中,B为微分算子。现取微分方程式(2.4.1)的近似解u

其中,αi为待定系数,φi为取自完备函数系列的线性独立函数,称为基函数。所谓完备函数系列是指任一函数都可用此系列表示。近似解式(2.4.3)应满足边界条件式(2.4.2),但不一定满足微分方程式(2.4.1),因此,将近似解代入微分方程,将产生称为余量的误差函数

R=Lu)-f≠0 (2.4.4)

若式(2.4.4)中的u为精确解,则余量R等于零,但一般情况下,要使域内处处满足R=0的条件是很困难的,而若使R=0在域D内的平均值等于零,则是能够做到的,即(www.daowen.com)

由于D≠0,故得

将多项式(2.4.3)代入式(2.4.5),不难解出这个积分式,从而求得式(2.4.3)中的系数,但存在一个问题,若式(2.4.5)只有一个方程,则只能解得一个系数α1,即多项式(2.4.3)只能取一项,这样精度就较差。为了提高精度,希望式(2.4.3)是一个多项式,即要求式(2.4.5)是一个方程组,于是,就提出了加权余量法的概念。

虽然余量R≠0,但我们可以使其在一定意义下极小化,从而使所得近似函数对精确解而言是一良好的近似。为此,常取定一组加权函数,使余量的加权积分值等于零,即

其中,<RWiDRWi的内积,Wi为权函数。

将近似解多项式(2.4.3)代入式(2.4.6)中,并选择n个权函数Wii=1,2,…,n),即可形成以α1α2,…,αn为未知量的代数方程组

求解以上代数方程组,可获得系数αjj=1,2,…,n),于是得到方程的近似解。

在加权余量法中,权函数Wi的选取是很重要的,它与所求近似解的精度关系很大,权函数Wi用不同的方式选取,代表着不同的误差分配,由此产生出不同的加权余量法。下面分别介绍常用的加权余量法,主要有配置法、子区域法、最小二乘法、矩法和伽辽金(Галёркин)法。

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