理论教育 基函数的选取与光滑连续导数

基函数的选取与光滑连续导数

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:在应用加权余量法时,最重要的一步是选取基函数φj。,N)容易求得;3)基函数φj具有足够的灵活性;4)近似解能达到可接受的精度;5)近似解便于应用。基函数在求解区域内应是连续的,且足够光滑,即具有足够阶数的连续导数。

基函数的选取与光滑连续导数

在应用加权余量法时,最重要的一步是选取基函数φj。一般地,首先要求φj能满足问题的边界条件。此外,还要求φjj=1,2,…,N)应是求解域内的一组完备的函数,以使得当N→∞时,近似解978-7-111-44528-9-Chapter02-326.jpg收敛于u∗。在选择基函数φj时,通常还要考虑以下因素:

1)基函数φj计算较容易;

2)待定参数αjj=1,2,…,N)容易求得;

3)基函数φj具有足够的灵活性;

4)近似解能达到可接受的精度;

5)近似解便于应用。

基函数在求解区域内应是连续的,且足够光滑,即具有足够阶数的连续导数。通常取线性无关的多项式、三角函数、指数函数等作为基函数。例如,对于一维问题(0≤xl),若问题的边界条件都是第一类的,即

ux=0=u0ux=l=u1

考虑到基函数φjj=1,2,…,N)必须满足对应的齐次边界条件,即

φj(0)=0,φjl)=0

故可取

φ1x)=xl-x),φ2x)=x2l-x),…,φNx)=xNl-x

若问题的边界条件是第二类或第三类的,即

u′(0)-h1u(0)=u0u′l)-h2ul)=u1

则基函数φjj=1,2,…,N)可取为

φ1x)=x2l-x)2,φ2x)=x3l-x)2,…,φNx)=xN+1l-x2

对于二维问题,若问题的边界条件都是第一类的,即

uΓ=ψxy

此时,能若找到一函数ωxy),且满足条件

则基函数φj就可取作

φ1x)=ωφ2=ωxφ3=ωyφ4=ωx2φ5=ωy2,…

这样,问题归结为确定满足该条件式的函数ωxy)。对此,当边界Γ曲线的方程为

Fxy)=0(www.daowen.com)

时,可取

ωxy)=±Fxy

例如,对于圆心在圆点,半径为r的圆域,边界Γ的方程为

Fxy)=x2+y2-r2=0

此时,可取

ωxy)=x2+y2-r2

若边界Γ是由n条连续曲线分段组成,则这些曲线段的方程分别为

F1xy)=0,F2xy)=0,…,Fnxy)=0

则可令

ωxy)=F1xyF1xy)…Fnxy

又如,二维泊松方程第一边值问题

若问题的求解域D

-axa,-byb

因为边界Γ的方程为

xayb

于是可令

ωxy)=(a2-x2)(b2-y2

基函数φjxy)为

也可令

若问题的求解域D是由下列两个圆围成的区域

则取

对于第二、第三类边界条件的情形,这里不作一般讨论。

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