Метод Ритца решения дифференциальных уравнений в частных производных с применением теоретико-числовых сеток
А. В. Родионов Тульский государственный
педагогический университет им. Л. Н. Толстого (г. Тула)
Аннотация:
Рассмотрим задачу
\begin{gather*} L u(\vec x) = f(\vec x), \\ u(\vec x)\big|_{\partial {G_s}}\big.=g(\vec x), \end{gather*}
где
$f(\vec x), g(\vec x) \in E_s^{\alpha}$,
$L$ — линейный дифференциальный оператор с постоянными коэффициентами,
$G_s$ — единичный куб
$[0; 1]^s$.
Её решение сводится к отысканию минимума функционала
\begin{equation*} v(u(\vec x)) =\underset{G_s}{\int\ldots\int} F\left(\vec x, u, u_{x_1}, \ldots, u_{x_s}\right) dx_1\ldots dx_s \end{equation*}
при заданных граничных условиях.
Значения функционала
$v(u(\vec x))$ в методе Ритца рассматриваются не на множестве всех допустимых функций
$u(\vec x)$, а на линейных комбинациях
$$ u(\vec x) = W_0(\vec x) + \sum_{k=1}^{n}w_kW_k(\vec x), $$
где
$W_k(\vec x)$ — некоторые базисные функции, которые будем находить с помощью теоретико-числовой интерполяции, причём
$W_0(\vec x)$ — функция, удовлетворяющая заданным граничным условиям, а остальные
$W_k(\vec x)$ удовлетворяют однородным граничным условиям.
На этих полиномах данный функционал превращается в функцию
$\varphi (\vec w)$ от коэффициентов
$w_1, \ldots, w_n$. Эти коэффициенты выбираются так, чтобы функция
$\varphi (\vec w)$ достигала экстремума. При некоторых ограничениях на функционал
$v(u(\vec x))$ и базисные функции
$W_k(\vec x)$ получим приближённое решение краевой задачи.
Ключевые слова:
теоретико-числовой метод, дифференциальные уравнения в частных производных, вариационные методы.
УДК:
517 Поступила в редакцию: 24.07.2022
Принята в печать: 22.12.2022
DOI:
10.22405/2226-8383-2022-23-5-117-129