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伽辽金法

时间:2014-10-11 22:58:18      阅读:912      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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伽辽金方法(Galerkin method)是由俄罗斯数学家鲍里斯·格里戈里耶维奇·伽辽金(俄文:Борис Григорьевич Галёркин 英文:Boris Galerkin)发明的一种数值分析方法。应用这种方法可以将求解微分方程问题(通过方程所对应泛函变分原理)简化成为线性方程组的求解问题。而一个高维(多变量)的线性方程组又可以通过线性代数方法简化,从而达到求解微分方程的目的。

伽辽金法采用微分方程对应的弱形式,其原理为通过选取有限多项试函数(又称基函数形函数),将它们叠加,再要求结果在求解域内及边界上的加权积分(权函数为试函数本身)满足原方程,便可以得到一组易于求解的线性代数方程,且自然边界条件能够自动满足。

必须强调指出的是,作为加权余量法的一种试函数选取形式,伽辽金法所得到的只是在原求解域内的一个近似解(仅仅是加权平均满足原方程,并非在每个点上都满足)。

因为伽辽金方法的妙处在于研究它们的抽象方法,所以我们首先给出它们的抽象推导。最后我们再给出应用的例子。

一个问题的弱形式

我们通过一个抽象问题来引入伽辽金方法,将问题表示成在一个希尔伯特空间bubuko.com,布布扣上的弱形式,也就是,求解bubuko.com,布布扣使得对于所有bubuko.com,布布扣

bubuko.com,布布扣

成立。这里,bubuko.com,布布扣是一个双线性型表达式,bubuko.com,布布扣是一个bubuko.com,布布扣上的线性形表达式。

伽辽金离散化

选取一个n 维子空间bubuko.com,布布扣,然后求解问题在子空间中的投影:求bubuko.com,布布扣使得对于所有bubuko.com,布布扣

bubuko.com,布布扣

我们称这个方程为伽辽金方程。注意方程形式没有改变,但是求解域改变了。

伽辽金正交性

这是使得伽辽金方法非常有效的关键性质。因为bubuko.com,布布扣,我们可以取bubuko.com,布布扣为原方程的一个试矢量。带入并相减,便得到误差的伽辽金正交性关系

bubuko.com,布布扣

这里bubuko.com,布布扣是真实解bubuko.com,布布扣和伽辽金方程的解bubuko.com,布布扣之间的误差。

矩阵形式

因为伽辽金方法的目标是将问题简化为线性方程组,我们来构造它的矩阵形式,以便利用计算机进行数值求解。

bubuko.com,布布扣bubuko.com,布布扣空间中的一组。则显然依次选取这些基矢量作为伽辽金方程的试矢量是充分的,也即:求解bubuko.com,布布扣使得

bubuko.com,布布扣

用上述基矢量表示出bubuko.com,布布扣bubuko.com,布布扣,将其代入上面的方程得到

bubuko.com,布布扣

这样我们就得到了上面这组bubuko.com,布布扣型的线性方程组,式中

bubuko.com,布布扣

矩阵的对称性

由于矩阵项的定义,伽辽金方程的系数矩阵对称矩阵充要条件是双线性型表达式bubuko.com,布布扣是对称的。

伽辽金法

原文:http://www.cnblogs.com/liangliangdetianxia/p/4019809.html

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