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数值方法资格考试问题和解答(马里兰大学)/2009 年 8 月 667

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给定二点边值问题

问题 4a

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基于等距点上的分段线性元素,为该问题建立有限元逼近。确定适当范数下的收敛速度

解答 4a

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找到 使得对于所有



或者在分部积分后,并包含初始条件

离散变分形式

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分段线性


的基底;





找到 使得对于所有的



由于 构成一个基



因此我们有方程组


对于




收敛速度

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一般来说,我们可以用 Cea 引理来获得



特别地,我们可以考虑 作为 Lagrange 插值,我们将其表示为 。 然后,


.


很容易证明有限元解在节点上是精确的。 然后它与 Lagrange 插值一致,我们有以下点估计


问题 4b

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解释 是否是 (a) 部分收敛的必要条件。

解答 4b

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如果 ,则刚度矩阵是对角占优的,因此可解。



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