Страница: 4/6
СijUj =fi i Î W
jÎW
где сумирование происходит по всем узлам сетки W. Если коэффициенты Сij не зависят от i, тоуравнение называют уравнением с постоянными коэффициентами.
Аппроксимируем нашу задачу т.е. заменим уравнение и краевые условия на соответствующие им сеточные уравнения.
U=U(x,y)
|
y
M b M-1
j 1 0 1 2 i N-1 N=a x i |
Uij j
Построим на области G сетку W . И зададим на W сеточную функцию Uij=U(xi,yj) ,
где
xi=x0+ihx
yi=y0+jhy
hx = a/N ,
hy = b/M и т.к.
x0=y0
то
xi=ihx, yi=jhy, i=0 .N
j=0 .M
Найдём разностные производные входящие в уравнение
2
DU = f
(т.е построим разностный аналог бигармонического уравнения).
Uxij = Ui+1j - Uij , Uxi-1j = Uij - Ui-1j
hx hx
Uxxij = Ui-1j - 2Uij + Ui+1j
hx
Рассмотрим Uxxxxij как разность третьих производных :
Uxxi-1j - Uxxij - Uxxij - Uxxi+1j
Uxxxxij = hx hx = Ui-2j - 4Ui-1j + 6Uij - 4Ui+1j + Ui+2j
4
hx hx
Анологично вычислим производную по y :
Uyyyyij = Uij-2 - 4Uij-1 + 6Uij - 4Uij+1 +Uij+2
4
hy
Вычислим смешанную разностную производную Uxxyy :
Uxxij-1 - Uxxij - Uxxij - Uxxij+1
(Uxx)yyij = hy hy = Uxxij-1 - 2Uxxij +Uxxij+1 =
2
hy hy
= Ui-1j-1 - 2Uij-1 + Ui+1j-1 - 2 Ui-1j - 2Uij + Ui+1j + Ui-1j-1 - 2Uij+1 + Ui+1j+1
2 2 2 2 2 2
hxhy hxhy hxhy
В силу того что DU = f
имеем:
Ui-2j - 4Ui-1j + 6Uij - 4Ui+1j +Ui+2j +
4
hx
+ 2 Ui-1j-1 - 2Uij-1 + Ui+1j-1 - 4 Ui-1j - 2Uij +Ui+1j + 2 Ui-1j+1 -2Uij+1 + Ui+1j+1 +
2 2 2 2 2 2
hxhy hxhy hxhy
+ Uij-2 - 4Uij-1 + 6Uij - 4Uij+1 + Uij+2 = fij (*)
4
hy
Это уравнение имеет место для
i=1,2, . N-1
j=1,2, . M-1
Рассмотрим краевые условия задачи. Очевидно следующее :
x=0 ~ i = 0
x=a ~ xN=a
y=0 ~ Yo=0
y=b ~ YM=b
|
|
1) х=0 (левая граница области G)
Заменим условия
U = 0
x=o
Uxxx = 0
x=o
на соответствующие им разностные условия
Uoj=0
U-1j=U2j - 3U1j (1`)
2) х=а (правая граница области G)
i=N
Ux = 0
x=a
Uxxx = 0
x=a из того что Ui+1j - Ui-1j = 0
2hx
UN+1j = UN-1j
UNj = 4 UN-1j - UN-2j (2`)
3
3) у=0 (нижняя граница области G)
j=0
Ui ,-1 = Ui1
Ui0 = 0 (3`)
это есть разностный аналог Uy = 0
y=o
U =0
y=o
4) у=b
i=M
U = 0
y=b т.е. UiM=0 (**)
Распишем через разностные производные Uxx + Uyy =0 и учитывая что j=M и (**) получим
UiM-1 = UiM+1
Итак краевые условия на у=b имеют вид
UiM+1 = UiM-1
UiM = 0 (4`)
Итого наша задача в разностных производных состоит из уравнения (*) заданного на сетке W и краевых условий (1`)-(4`) заданных на границе области G (или на границе сетки W)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЗЕЙДЕЛЯ
Рассмотрим применение метода Зейделя для нахождения приближенного решения нашей разностной задачи (*),(1`) - (4`).
В данном случае неизвестными являются
Реферат опубликован: 12/08/2006