Alisher navoiy nomidagi samarqand davlat universiteti hisoblash usullari
Download 5.01 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- O`z-o`zini tekshirish uchun savollar
- CHEKLI AYIRMALI SXEMALAR (CHAS) TO`G`RISIDA TUSHUNCHALAR. DIFFERENTSIAL OPERATORNING CHEKLI AYIRMALI (CHA) APPROKSIMATSIYASI. CHA MASALANING QO`YILISHI. APPROKSIMATSIYA
- 1. To`rlar va to`r funktsiyalar
- Oddiy differentsial operatorlarning ayirmali approksimatsiyasi
3. Galyorkin usuli Bu erda vaznli funktsiyalar sifatida bazis funktsiyalarning o`zi tanlanadi, ya`ni 83 l l N W . Ushbu holda , dx N W k m l lm . ) ( dx N f l l Bu erda matritsaning simmetrikligi hisoblash usullarining yutuғini ta`minlashini ta`kidlab o`tish lozim. Quyida 0 da r Z ) ( B chegaraviy shartli 0 da p L ) ( A , differentsial tenglamani qaraymiz. Bunda Z L, - chiziqli differentsial operatorlar, r p, lar dan boғliq emas. (9) ifodani da r Z , 0 m ZN shartlar bilan aniqlaymiz. Shuning uchun avtomatik ravishda chegaraviy shartni qanoatlantiradi. Tafovut quyidagicha aniqlanadi . ) ( 1 p LN a L p L A R M m m m Vaznli tafovutlar usuliga muvofiq . 0 1 d p LN a L W d R W M m m m l l (11) Har bir M l ,..., 2 , 1 lar uchun (11) ni qo`llab ChATSni olamiz , f Ka (12) bunda , , 1 , , M m l d N W k m l lm . , 1 , M l d p W d L W f l l l (12) ni echib m a larni aniqlaymiz. O`z-o`zini tekshirish uchun savollar 1. ODT uchun chegaraviy masalalarni echishning qanday usullari mavjud? 2. 2-tartibli ODT uchun umumiy ChM qanday qo`yiladi ? 3. Bazis funktsiyalar va ularning sistemasi qanday xossalarga ega ? 4. Tafovut funktsiyasi qanday tuziladi ? 5. Kollokatsiya, eng kichik kvadratlar, vaznli tafovutlar usullarining asosida qanday asosiy g`oyalar yotadi ? 84 10 – ma`ruza CHEKLI AYIRMALI SXEMALAR (CHAS) TO`G`RISIDA TUSHUNCHALAR. DIFFERENTSIAL OPERATORNING CHEKLI AYIRMALI (CHA) APPROKSIMATSIYASI. CHA MASALANING QO`YILISHI. APPROKSIMATSIYA, KORREKTLIK, TURG`UNLIK, YAQINLASHISH VA ULAR O`RTASIDA BOG`LANISH Ma`ruza rejasi 1. Sohani diskretlash, tekis va notekis to`rlar; 2. 0 H va h H funktsional fazolar, ularning elementlarini taqqoslash; 3. Oddiy differentsial operatorlar (ODO)ning ayirmali approksimatsiyasi; 4. To`rda approksimatsiya xatoligi; 5. Sxemalar yaqinlashishi va aniqliligi; 6. Chekli ayirmalarning turg`unligi; 7. Ayirmali masalalarning korrektligi; 8. Turg`unlik, approksimatsiya va yaqinlashishi orasidagi bog`liklik. Kalit so`zlar: to`r, to`r qadami, to`r funktsiyalar fazosi, ayirmali xosilalar, approksimatsiya, turg`unlik, yaqinlashish 1. To`rlar va to`r funktsiyalar Berilgan differentsial tenglamani taqribiy ifodalovchi ayirmali sxemalarni yozish uchun quyidagi ikkita amal bajarilishi kerak. 1. Argumentning uzluksiz o`zgarish sohasini uning diskret o`zgarish sohasiga almashtirish kerak; 2. Differentsial operatorni qandaydir chekli ayirmali operatorga almashtirish, bundan tashqari chegaraviy shartlar va boshlang`ich ma`lumotlar uchun ayirmali almashtirishlar tuzish kerak. Bu jarayon amalga oshirilgandan keyin algebraik tenglamalar sistemasiga o`tamiz. Uzluksiz argumentning barcha qiymatlari uchun ayirmali masalani echib bo`lmaydi. SHuning uchun bu sohada qandaydir chekli sondagi nuqtalar to`plami olinadi va faqat shu nuqtalarda taqribiy echim izlanadi. Bunday nuqtalar to`plamiga to`r deyiladi. Nuqtalarning o`zi esa to`r tugunlari deb ataladi. To`r tugunlarida aniqlangan funktsiyaga to`rli funktsiya deyiladi. SHunday qilib differentsial tenglama echimlari fazosini to`r funktsiyalar fazosi bilan almashtirdik. 1 misol. Kesmada tekis to`r. 1 , 0 kesmani N ta teng bo`lakga bo`lamiz. N x x h i i 1 1 to`r qadami deb ataladi. Bo`linish nuqtalari ih x i - to`r tugunlari deyiladi. Barcha tugunlar to`plami 1 , 1 , N i ih x i h to`rni tashkil qiladi. Bu to`plamga 1 , 0 0 n x x chegaraviy nuqtalarni qo`shish mumkin, ya`ni N i ih x i h , 0 , deb belgilaymiz. 2 misol. Tekislikda tekis to`r. T t x D 0 , 1 0 sohada aniqlangan ikki o`zgaruvchili t x u , funktsiyalar to`plamini qaraymiz. x o`qining 1 , 0 va t o`qining T , 0 kesmalarini mos ravishda 1 N va 2 N ta bo`laklarga bo`lamiz. 2 1 , 1 N T N h bo`lsin. Bo`linish nuqtlaridan o`qlarga parallel to`g`ri chiziqlar 85 o`tkazamiz. Natijada bu to`g`ri chiziqlar kesishishidan j i t x , tugunlarni hosil qilamiz, ular D t x j i h , to`rni tashkil qiladi. (x i , t j ) x i 1 x t j = j T t 0 Bu to`r x va t yo`nalishlar bo`yicha h va qadamlarga ega. SHunga o`xshash kesmada yoki tekislikda notekis to`rni qurish mumkin. 2 1 , x x x tekislikda chegarali murakkab ko`rinishli G soha berilgan bo`lsin. G 0 x 1 x 2 , jh x , ih x j i 2 2 1 1 0 2 1 0 2 1 h , h ,..., , , j , i to`g`ri chiziqlar o`tkazamiz. U holda 2 1 , jh ih to`rni hosil qilamiz. « » bilan ichki, « » bilan esa tashqi nuqtalar belgilangan. Ichki nuqtalar to`plamini h bilan, chegaraviy nuqtalar to`plamini h bilan belgilaymiz. Shunday qilib h to`r 2 1 , ox ox yo`nalishlar bo`yicha tekis, ammo G soha uchun h h h to`r esa chegara yaqinida notekis. Uzluksiz G x argumentli ) (x u funktsiyalar o`rniga ) ( i x y to`r funktsiya olinadi. ) ( i x y to`r funkiyani vektor ko`rinishda berish mumkin. Odatda h to`r to`plami h qadamga bog`liq bo`ladi. Mos ravishda ) (x y h to`r funktsiyalar ham h parametrdan bog`liq bo`ladi. Agar to`r notekis bo`lsa h sifatida n h h h h ,..., , 2 1 vektor qaraladi. Uzluksiz argumentli G x x u ), ( funktsiyalar qandaydir 0 H funktsional fazo elementlaridan iborat. ) (x y h to`r funktsiyalar esa h H fazoning elementlari. SHunday qili chekli ayirmalar usuli 0 H fazoni ) (x y h to`r funktsiyalarning h H fazosiga o`tkazadi. 0 H fazodagi 0 norma kabi h H chiziqli fazoda h norma kiritiladi. Bir qator normalarni keltiramiz 86 1) C da normaning to`r ko`rinishi: ) ( max x y y h x c yoki i N i c y y 0 max . 2) 2 L da normaning to`r ko`rinishi: 2 1 1 1 2 N i i h y y yoki 2 1 1 2 N i i h y y . Taqribiy usullar nazariyasining asosiy e`tibori h y ning ) (x u ga yaqinligini baholashga qaratiladi. Biroq h y va ) (x u lar turli fazolarning vektorlaridir. Baholashning ikkita imkoniyati mavjud: 1. G h da berilgan h y funktsiya G sohaning barcha nuqtalarida aniqlanadi (masalan, chiziqli interpolyatsiya yordamida). Natijada G x uzluksiz argumentli h x y , ~ funktsiyani olamiz. ) ( , ~ x u h x y ayirma 0 H ga tegishli bo`ladi. h y ning u ga yaqinligi 0 ) ( , ~ x u h x y bilan xarakterlanadi, bunda 0 - 0 H dagi norma. 2. 0 H fazo h H ga akslantiriladi. Har bir 0 ) ( H x u funktsiyaga mos h h x x u ), ( to`r funktsiyaga o`tkaziladi, ya`ni h h h H u u . Bunda h - 0 H dan h H ga o`tkazuvchi chiziqli operator. Bu moslikni turli yo`llar bilan amalga oshirish mumkin ( h turli operatorlarni tanlash bilan). Agar ) (x u uzluksiz funktsiya bo`lsa, ) ( ) ( x u x u h deyish mumkin, bu erda h x . Ba`zan h i x tugunda ) ( i h x u berilgan h i x tugunning qandaydir atrofi bo`yicha ) (x u ning o`rta integral qiymati bilan aniqlanadi. Bundan keyin ) (x u - uzluksiz funktsiya va barcha h i x lar uchun ) ( ) ( i i h x u x u bo`ladi deb faraz qilamiz. h u to`r funktsiyaga ega bo`lib, h H fazoning vektori bo`lgan h h u y ayirmani hosil qilamiz. h y ning u ga yaqinligi h h h u y bilan xarakterlanadi, bunda h - h H dagi norma. Bunda h H fazodagi norma 0 normani barcha 0 H u vektor uchun approksimatsiyalaydi 0 0 lim u u h h h deb faraz qilish tabiiydir. Bu shartni h H va 0 H fazodagi normalarning o`zaro kelishganlik sharti deb ataymiz. Biz bundan keyin ikkinchi yo`ldan foydalanamiz. Oddiy differentsial operatorlarning ayirmali approksimatsiyasi Lv chiziqli differentsial operator bo`lsin. Lv ga kiruvchi hosilalarni ayirmali munosabatlar bilan almashtiramiz, Lv o`rniga shablon deb ataluvchi biror to`r tugunlari to`plamida h v to`r funktsiya qiymatlarining chiziqli kombinatsiyasidan iborat h h v L ni hosil qilamiz: ) ( , x Ш h h h h v x A x v L yoki ) ( , i j x Ш x j h j i h i h h x v x x A v L , 87 bu erda , x A h - koeffitsientlar, h - to`r qadami, ) (x Ш - x nuqtadagi shablon. Lv ni h h v L ga bunday taqribiy almashtirish differentsial operatorni ayirmali operator bilan approksimatsiyalash deyiladi (yoki L operatorning ayirmali approksimatsiyasi deyiladi). L operatorni ayirmali approksimatsiyaga keltirishda shablon tanlash zarur, ya`ni L operatorni approksimatsiyalash uchun qo`llash mumkin bo`lgan ) (x v to`r funktsiyaning qiymatlaridan bog`liq bo`lgan x tugun bilan qo`shni tugunlar to`plamini ko`rsatish kerak. Quyidagi misollarni qaraymiz. 1. dx dv Lv . x nuqtani fiksirlaymiz va h x h x , nuqtalarni olamiz, bu erda 0 h . Lv approksimatsiya qilish uchun quyidagi ifodalardan biridan foydalanish mumkin x h v h x v h x v v L , (1) x h v h h x v x v v L . (2) (1) ifoda o`ng ayirmali hosila, (2) esa chap ayirmali hosilani tasvirlaydi. Ayirmali ifodalar ikki nuqtada aniqlangan. Yana quyidagi ifodani olish mumkin x x h v v v L 1 , bunda - ixtiyoriy haqiqiy son. Xususiy holda 5 , 0 bo`lganda markaziy ayirmali hosilani olamiz h h x v h x v v v v x x x 2 2 1 . (3) (1), (2), (3) approksimatsiyalarda qanday xatolikga yo`l qo`yildi va x nuqtada 0 h da x Lv x v L x h ayirma qay holda o`zini tutadi kabi savollarga javob berish muhimdir. x miqdor x nuqtada Lv ayirmali approksimatsiya xatoligi deyiladi. x v ni Teylor qatoriga yoyamiz 3 2 2 h O x v h x v h x v h x v . Bu ifodani (1), (2), (3) larga qo`yamiz ) ( ) ( 2 ) ( 2 h O x v h x v v x , ) ( ) ( 2 ) ( 2 h O x v h x v v x , ) ( ) ( 2 h O x v v x . Bundan ko`rinib turibdiki h O x v v ψ x , h O x v v ψ x , h O x v v ψ x . V - h L ayirmali operatorning 0 h h o`lganda ) , ( h x Ш shablondan iborat x nuqtaning ) , ( 0 h x Ш atrofida berilgan etarlicha silliq funktsiyalar V v sinfi bo`lsin. Agar m h h O x Lv x v L x bo`lsa h L operator L differentsial operatorni x nuqtada 0 m tartib bilan approksimatsiyalaydi deymiz. 2 misol. 2 2 dx v d v Lv . 88 Uch nuqtali shablonda 2 2 h h x v x v h x v v L h . h x v x v x x , x v x v h x v h h x v x v v L x x x x x x h 1 . Ushbu holda approksimatsiya tartibi ikkiga teng bo`ladi, ya`ni 2 h O x v x v x x . Besh nuqtali shablonda h x h x x h x h x 2 , , , , 2 (4) 4 v Lv hosila uchun h x v h x v x v h x v h x v h h x v x v h x v h v v L x x x x x x x x x x h 4 6 4 2 1 2 1 4 2 olinadi. Approksimatsiya tartibi ikkiga teng, ya`ni 4 6 2 4 6 h O v h v v x x x x . h daraja bo`yicha Lv v L h approksimatsiya xatoligi yoyilmasidan approksimatsiya tartibini oshirish uchun foydalanish mumkin. SHunga binoan 4 2 4 4 2 12 12 h O v h h O v h v v x x x x x x ga ega bo`lamiz. Bundan (4) shablonda aniqlangan x x x x x x h v h v v L 12 2 operator v Lv ni to`rtinchi tartib bilan approksimatsiya qilishi kelib chiqadi. Lemma. Agar h x h x C v , 2 bo`lsa 1 , , 2 2 h x v h h x v x v h x v v x x , va agar h x h x C v , 4 bo`lsa 1 , , 12 1 1 4 2 h x v h x v v x x , formulalar o`rinli bo`ladi. Isbot. Integral shakldagi qoldiq hadi bilan olingan Teylor formulasidan foydalanamiz x R a v r a x a v a x a v x v r r r 1 ! ... , (5) bunda 1 0 1 1 1 1 1 ! ! 1 ds a x s a v s r a x d v x r x R r r r x a r r r . Integral uchun o`rta qiymat haqidagi teoremani qo`llaymiz 89 1 1 1 ! 1 r r r v r a x x R , bunda - x a, kesmada x ning o`rta qiymati, 1 0 1 1 1 , 1 0 , r ds s a x a r . (5) da x ni h x va a ni x bilan almashtirib, 1 r va 3 r uchun mos ravishda quyidagilarni olamiz 1 0 2 1 ds sh x v s h x v h x v h x v , (6) 1 0 4 3 4 3 2 1 6 6 2 ds sh x v s h x v h x v h x v h x v h x v . (7) Bu erda h ni h ga, s ni s almashtirib 0 1 2 1 ds sh x v s h x v h x v h x v , (8) 0 1 4 3 4 3 2 1 6 6 2 ds sh x v s h x v h x v h x v h x v h x v (9) formulalarni olamiz. (6), (8) dan quyidagini olamiz 1 1 2 2 2 ds sh x v s g h h x v x v h x v v x x , bunda . s s , s s s g да 1 0 агар 1 да 0 1 агар 1 2 0 2 s g bo`lganligidan o`rta qiymat haqidagi teoremadan foydalanish mumkin, natijada 1 1 , 1 1 2 v x x v ds s g h x v v x x , bu erda - h x h x , kesmada o`rta nuqta. (7) va (9) dan 1 1 4 4 2 6 ds sh x v s g h x v v x x hosil qilamiz, bu erda , s s , s s s g да 1 0 агар 1 да 0 1 агар 1 3 3 4 1 1 4 2 1 ds s g . 0 4 s g va x v 4 uzluksizligidan, o`rta qiymat haqidagi teoremani qo`llab h x h x v v x x 12 4 , 1 90 ni olamiz va shu bilan lemma isbotlanadi. 4 misol. 2 2 x v x v Lv , t x v v , . t x, - tekislikda nuqta bo`lsin. SHablonni aniqlaymiz. U to`rtta nuqtadan tashkil topgan bo`lsin (a rasm). (x, t+ ) (x+h, t) (x-h, t) (x, t) a) (x, t+ ) (x+h, t+ ) (x-h, t+ ) (x, t) б) (x+h, t) (x-h, t) (x, t+ ) (x+h, t+ ) (x-h, t+ ) (x, t) в) h L ni quyidagicha aniqlaymiz 2 0 , , 2 , , , h t h x v t x v t h x v t x v t x v v L h . Quyidagi belgilashlarni kiritamiz t x v v t x v v t x v v , , , , , . Unda v v t x v t x v v t , , va x x t h v v L 0 . (10) b rasmdagi shablondan foydalanilganda, t momentda x x v olinsa, u holda x x t h v v L 1 . (11) (10) va (11) larning chiziqli kombinatsiyasini olib, 0 va 1 bo`lganda oltinuqtali shablonda (v rasm) aniqlangan chekli operatorlarning bir parametrli oilasini hosil qilamiz x x x x t h v v v v L 1 . (12) 0 h L operatorlar 1 h L ning approksimatsiya tartibiga ega, (12) esa 5 0, bo`lganda 2 h O , 5 , 0 bo`lganda 2 2 h O approksimatsiya tartibiga ega. 5 misol. 91 2 2 2 2 x v t v Lv . Quyidagi shablonlardan foydalanilamiz (x, t+ ) (x+h, t+ ) (x-h, t+ ) (x, t) (x, t- ) (x, t+ ) (x+h, t- ) (x-h, t- ) (x, t) (x, t- ) (x, t+ ) (x+h, t) (x-h, t) (x, t) (x, t- ) (x+h, t- ) (x-h, t- ) (x, t+ ) (x+h, t+ ) (x-h, t+ ) (x, t- ) (x+h, t) (x-h, t) (x, t) а) b) v) g) Approksimatsiyalardan biri (v rasm) x x t t h v v L , (13) bunda 2 , , 2 , t x v t x v t x v v t t . a) shablonda: x x t t h v v v L . (14) To`qqiznuqtali shablonda (g rasm) ayirmali operatorlarning ikkiparametrli oilasini yozish mumkin x x x x x x t t h v v v v v L 2 2 1 1 , 1 2 1 . (15) (15) dan 0 2 1 bo`lganda (13), 1 , 0 1 2 bo`lganda esa (14) kelib chiqadi. (13), (14), (15) ayirmali operatorlar 2 2 h O approksimatsiya tartibiga ega. Download 5.01 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling