Κεφαλαιο 7: Η ΜΠΣ για ελλειπτικά προβλήματα με μη-ομαλές λύσεις

Σχετικά έγγραφα
Κεφάλαιο 0: Εισαγωγή

Κεφάλαιο 4: Στοιχεία της εκδοχής hp της ΜΠΣ στις 2- διαστάσεις

κι επιβάλλοντας τις συνοριακές συνθήκες παίρνουμε ότι θα πρέπει

Κεφάλαιο 3: Οι εκδοχές p και hp της ΜΠΣ στη 1- διάσταση

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΜΕΡΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΜΕΡΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΜΑΣ002: Μαθηματικά ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (για εξάσκηση)

Να επιλύουμε και να διερευνούμε γραμμικά συστήματα. Να ορίζουμε την έννοια του συμβιβαστού και ομογενούς συστήματος.

Παραδείγματα διπλών oλοκληρωμάτων Γ. Λυχναρόπουλος

I.3 ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ

Kεφάλαιο 4. Συστήματα διαφορικών εξισώσεων. F : : F = F r, όπου r xy

I.3 ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ

ΕΦΑΠΤΟΜΕΝΗ ΤΗΣ ΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΜΙΑΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

ΜΑΣ 371: Αριθμητική Ανάλυση ΙI ΑΣΚΗΣΕΙΣ. 1. Να βρεθεί το πολυώνυμο Lagrange για τα σημεία (0, 1), (1, 2) και (4, 2).

Κάθε φορά, που νιώθουμε τρελή λαχτάρα να μιλήσουμε για ευθείες, φανταζόμαστε εξισώσεις της παρακάτω μορφής : y = αx + β

ΜΑΣ 473: Μέθοδοι Πεπερασμένων Στοιχείων Χειμερινό Εξάμηνο 2017

Μηχανολογικό Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή. Αφφινικοί Μετασχηματισμοί Αναπαράσταση Γεωμετρικών Μορφών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ

Πεπερασμένες Διαφορές.

2.3 ΜΕΤΡΟ ΜΙΓΑΔΙΚΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

3 η δεκάδα θεµάτων επανάληψης

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Λογισμός 3 Ασκήσεις. Μιχάλης Μαριάς Τμήμα Α.Π.Θ.

Λύση Εξίσωσης Laplace: Χωρισμός Μεταβλητών

ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Διαφορικές Εξισώσεις.

Ένα εκκρεμές σε επιταχυνόμενο αμαξίδιο

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο 3.2 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ Η. (Σ) όπου α, β, α, β, είναι οι

Γιώργος Μπαρακλιανός τηλ ( ) Κώστας Τζάλλας τηλ ( ) Παραγγελίες : τηλ.

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΙ- ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 1/2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ, ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑ( FUNCTIONS,TRIGONOMETRY)

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ Σεπτέµβριος 2006

ΔΕΙΓΜΑ ΠΡΙΝ ΤΙΣ ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ - ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΙΤΙΚΗ

Κεφάλαιο 11 ΣΥΝΤΗΡΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Επανεξέταση του αρμονικού ταλαντωτή

Μέϑοδοι Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών (ΜΕΜ 274) Λύσεις Θεμάτων Εξέτασης Ιούνη 2019

αx αx αx αx 2 αx = α e } 2 x x x dx καλείται η παραβολική συνάρτηση η οποία στο x

ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΙ- ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 1/ Στον Ευκλείδειο χώρο ορίζουμε τις νόρμες: 0 2 xx, που ισχύει.

Κεφ. 7: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. ΜΕΡΟΣ 1ο ΑΛΓΕΒΡΑ

Αριθμητική παραγώγιση εκφράσεις πεπερασμένων διαφορών

y 1 (x) f(x) W (y 1, y 2 )(x) dx,

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στη µέθοδο πεπερασµένων όγκων επίλυση ελλειπτικών και παραβολικών διαφορικών εξισώσεων

1ο Κεφάλαιο: Συστήματα

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ

5. Να λυθεί η εξίσωση. 6. Δίνεται η συνάρτηση. 2f x ΛΥΣΗ: Τα x για τα οποία 2 x 0 x 0 x, δεν είναι λύσεις της εξίσωσης γιατί για

1. Αν α 3 + β 3 + γ 3 = 3αβγ και α + β + γ 0, δείξτε ότι το πολυώνυµο P (x) = (α - β) x 2 + (β - γ) x + γ - α είναι

KΕΦΑΛΑΙΟ 2. H εξίσωση θερμότητας.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ

x 2 + y 2 x y

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων.

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ z

ΜΑΣ 203: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις, Εαρινό Εξάμηνο 2017 ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

1.1. Διαφορική Εξίσωση και λύση αυτής

2018 Φάση 2 ιαγωνίσµατα Επανάληψης ΑΛΓΕΒΡΑ. Β' Γενικού Λυκείου. Γενικής Παιδείας. Σάββατο 21 Απριλίου 2018 ιάρκεια Εξέτασης:3 ώρες ΘΕΜΑΤΑ

Κεφ. 6Β: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΑΛΓΕΒΡΑ Β ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ. (εκπαιδευτικό υλικό Τεχνολογικής κατεύθυνσης ) ΜΕΡΟΣ Α : ΑΛΓΕΒΡΑ

Πρόβλημα 4.9.

Αριθμητική εύρεση ριζών μη γραμμικών εξισώσεων

ΜΑΣ002: Μαθηματικά ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (για εξάσκηση)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ. H ( Ω ). Αυτό επιβάλλει τη χρήση C πεπερασμένων. C ( Ω )). Άλλες προσεγγίσεις που αποφεύγουν τη χρήση C πεπερασμένων

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ Ι 10. Η μέθοδος των ειδώλων

~ 1 ~ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ 2012 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ. αν ικανοποιούνται τα ακόλουθα:

1.1 ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Μαθηματική Εισαγωγή Συναρτήσεις

7. Αν υψώσουμε και τα δύο μέλη μιας εξίσωσης στον κύβο (και γενικά σε οποιαδήποτε περιττή δύναμη), τότε προκύπτει

1 Επανάληψη εννοιών από τον Απειροστικό Λογισμό

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι ΕΡΓΑΣΙΑ 6 ΛΥΣΕΙΣ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

Πρόλογος. Κατάλογος Σχημάτων

E = 1 2 k. V (x) = Kx e αx, dv dx = K (1 αx) e αx, dv dx = 0 (1 αx) = 0 x = 1 α,

III.9 ΑΚΡΟΤΑΤΑ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΗ

dy df(x) y= f(x) y = f (x), = dx dx θ x m= 1

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Επαναληπτικό Διαγώνισμα Άλγεβρας Β Λυκείου. Θέματα. A. Να διατυπώσετε τον ορισμό μιας γνησίως αύξουσας συνάρτησης. (5 μονάδες)

HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ AΝΑΛΥΣΗ ΙΔΙΑΖΟΥΣΩΝ ΤΙΜΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2009 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

2018 Φάση 2 ιαγωνίσµατα Επανάληψης ΑΛΓΕΒΡΑ. Α' Γενικού Λυκείου. Σάββατο 21 Απριλίου 2018 ιάρκεια Εξέτασης:3 ώρες ΘΕΜΑΤΑ

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

1. Τετραγωνικές μορφές. x y 0. 0x y 0 1α 1β 2α 2β 3. 0x + y 0

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 12., στο ίδιο σύστημα

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 09/11/2017. Άσκηση 1. Να βρεθεί η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης. dy dx = 2y + x 2 y 2 2x

Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2006 ΘΕΜΑ 1 ΛΥΣΗ. Η τελευταία σχέση εκφράζει μια εξίσωση κύκλου που επαληθεύεται για w=0.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

Η Θεωρία στα Μαθηματικά κατεύθυνσης της Γ Λυκείου

4. Παραγώγιση πεπερασμένων διαφορών Σειρά Taylor Πολυωνυμική παρεμβολή

Μέθοδοι πολυδιάστατης ελαχιστοποίησης

Transcript:

Κεφαλαιο 7: Η ΜΠΣ για ελλειπτικά προβλήματα με μη-ομαλές λύσεις Όπως είδαμε μέχρι τώρα η ομαλότητα της ακριβούς λύσης επηρεάζει τις εκτιμήσεις σφάλματος με τέτοιο τρόπο ώστε ολα όσα αποδείξαμε ισχύουν με την προϋπόθεση ότι η λύση u ανήκει σε κάποιο χώρο Sobolev συγκεκριμένης τάξης (η οποία είναι επαρκώς ψηλή). Τι γίνεται όμως αν δεν συμβαίνει αυτό και η λύση δεν είναι επαρκώς ομαλή; Θα ασχοληθούμε με αυτή την ερώτηση στο παρόν κεφάλαιο αρχίζοντας με τις εξής παρατήρησεις: Στη 1-διάσταση η ομαλότητα της λύσης εξαρτάται μόνο από τα δεδομένα του ΠΣΤ (δηλ. από τις συναρτήσεις συντελεστών και από το δεξί μέλος της ΔΕ). Στις (και περισσότερες) διαστάσεις η ομαλότητα της λύσης εξαρτάται από τα δεδομένα του προβλήματος (όπως και πριν) αλλά και από τη γεωμετρία του χωρίου. Αν για παράδειγμα τα δεδομένα είναι επαρκώς ομαλά αλλά το χωρίο περιέχει γωνίες τότε η λύση δεν θα είναι επαρκώς ομαλή και θα περιέχει ιδιομορφίες (sngulartes). Θα δούμε πως η ΜΠΣ συμπεριφέρεται για τέτοιου είδους ελλειπτικά προβλήματα και συγκεκριμένα θα κατασκευάσουμε μη-ομοιόμορφα πλέγματα τα οποία θα έχουν σαν αποτέλεσμα τη προσέγγιση τέτοιων λύσεων με το βέλτιστο ρυθμό σύγκλισης. Τα αποτελέσματα θα δοθούν χωρίς αποδείξεις μια και η αυστηρή μελέτη τους είναι εκτός του στόχου αυτών των σημειώσεων. 7.1 Το μονοδιάστατο πρόβλημα Υποθέτουμε ότι η λύση ενός ας τάξης ελλειπτικού ΠΣΤ δίδεται από (7.1) (1 a) a u ( ) ( a) (1 a) a

όπου a [ 1) δοθείσες σταθερές και [ 1]. Το a καθορίζει που στο διάστημα [ 1] θα έχουμε ιδιομορφία ενώ το λ καθορίζει αν θα έχουμε ιδιομορφία ή όχι. Στο Σχήμα 7.1 δείχνουμε την γραφική παράσταση της u για διάφορες τιμές του λ. Αν λ τότε η u είναι αρκετά ομαλή και η μέχρι τώρα ανάλυση ισχύει. Αν λ ½ τότε u H 1 [1] και η ΜΠΣ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μορφή που είδαμε μέχρι τώρα. Αν λ (½ ) τότε η εκτίμηση σφάλματος (για την εκδοχή h της ΜΠΣ με πολυώνυμα βαθμού p σε ομοιόμορφο πλέγμα) είναι (7.) u u C( p) N mn{ p 1/ } N με β να καθορίζει τον (ασυμπτοτικό) ρυθμό σύγκλισης. Με άλλα λόγια για λ (½ ) ο ρυθμός σύγκλισης μπορεί να αλλοιωθεί (δυσμενώς) όπως για παράδειγμα αν λ = 1.1 p = 1 που θα δώσει ρυθμό ½ αντί για 1 (όπως θα αναμέναμε). =.5 = 4 =.5 = 1. -.5 -.1 -.5 -.15 -. -.1 u e -.5 u e -.15 -.3 -.35 -. -.4 -.45.1..3.4.5.6.7.8.9 1 -.5.1..3.4.5.6.7.8.9 1 =.5 =.75.3 =.5 =.1 -.5. -.1.1 -.15 u e u e -.1 -. -. -.5 -.3 -.3 -.4 -.35.1..3.4.5.6.7.8.9 1 -.5.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Σχήμα 7.1: Η λύση u που δίδεται από την (7.1) για α =.5 και διάφορες τιμές του λ. Το ίδιο συμβαίνει και με την εκδοχή p της ΜΠΣ αλλά το αποτέλεσμα είναι λίγο καλύτερο από αυτό της εκδοχής h. Συγκεκριμμένα η εκτίμηση σφάλματος (για την εκδοχή p της ΜΠΣ με πολυώνυμα βαθμού p σε ομοιόμορφο σταθερό πλέγμα) είναι (7.3) ( u u 1) N CN C

3 που δείχνει ότι η εκδοχή p συγκλίνει με ρυθμό διπλάσιο από αυτόν της εκδοχής h. Στην Ενότητα 6.3 είδαμε πως μπορούμε να κατασκευάσουμε το βέλτιστο πλέγμα για την προσέγγιση μιας συνάρτησης που περιέχει τέτοιου είδους ιδιομορφίες. Άρα αν η ΜΠΣ οριστεί σε ένα κατάλληλο πλέγμα τότε μπορούμε να πάρουμε τον αναμενόμενο ρυθμό σύγκλισης (και για τις δύο εκδοχές h και p της ΜΠΣ). Χονδρικά αν το χωρίο είναι το διάστημα [ ] και το σημείο ιδιομορφίας είναι το τότε τα κομβικά σημεία λεγόμενου γεωμετρικού πλέγματος (geometrcally graded mesh) δίδονται από (7.4) 1 j M j j q j 1... M όπου q ( 1) καλείται γεωμετρικός λόγος (geometrc rato). Μπορεί να δειχτεί ότι η βέλτιστη τιμή του q είναι περίπου.15 (για λύσεις του τύπου (7.1)). j M 1 j1 του Η εκδοχή hp της ΜΠΣ δίναται να δώσει εκθετικό ρυθμό σύγκλισης ακόμα και για συναρτήσεις με ιδιομορφίες (όπως π.χ. η (7.1)) αν το πλέγμα και οι βαθμοί των πολυωνύμων επιλεγούν κατάλληλα. Συγκεκριμμένα αν το πλέγμα είναι γεωμετρικό και οι βαθμοί των πολυωνύμων αυξάνονται γραμμικά μακρυά από το σημείο ιδιομορφίας τότε ισχύει (7.5) N u u Ce C. N (Το γ εξαρτάται από τη διάσταση του χωρίου: γ = 1 στη 1-διάσταση γ = 1/3 στις - διαστάσεις και γ = 1/5 στις 3-διαστάσεις.) Παράδειγμα 7.1: Έστω ότι η λύση είναι του τύπου (7.1) με α = (δηλ. η ιδιομορφία είναι στο = ) και έστω ότι ο γεωμετρικός λόγος είναι q = 1/. Τότε για την εκδοχή hp το πλέγμα (και οι βαθμοί των πολυωνύμων) αλλάζουν ως εξής: κ.λ.π. Σχήμα 7.: Το πλέγμα και οι βαθμοί των πολυωνύμων για την εκδοχή hp με γεωμετρικό λόγο 1/.

4 7. Ιδιομορφίες στις -διαστάσεις Θεωρούμε τη ΜΔΕ του Laplace u στο όπου το χωρίο Ω περιέχει μια γωνία όπως φαίνεται στο σχήμα 7.3. Σχήμα 7.3: Το χωρίο Ω με μια γωνία στην αρχή των αξόνων Ο = ( ). Αναμένουμε ότι η λύση u θα παρουσιάσει ιδιομορφία στο σημείο Ο. Μπορούμε να γράψουμε u = u1 + u όπου η u1 είναι ομαλή συνάρτηση και η u περιέχει τις ιδιομορφίες. Σε μια γειτονιά του σημείου που προκαλεί την ιδιομορφία ισχύει u A r ( ) όπου (r θ) είναι πολικές συντεταγμένες με αρχή το ιδιόμορφο σημείο ομαλές συναρτήσεις. Η εξίσωση του Laplace σε πολικές συντεταγμένες είναι (7.6) 1 u 1 u 1 u. r r r r A και ψ(θ) είναι Θα λύσουμε την (7.6) με τη Μέθοδο Χωρισμού των Μεταβλητών και θα ψάξουμε για λύσεις της μορφής u( r ) r F( ) για κάποιες σταθερές λ και κάποιες συναρτήσεις F(θ). Αντικαθιστούμε την πιο πάνω παράσταση στη εξίσωση (7.6) και έχουμε

5 ή 1 1 1 ( 1) r F( ) r F( ) r F ( ) r F( ) r F ( ) r r Λύνουμε τη πιο πάνω ΣΔΕ και βρίσκουμε άρα ( ) ( ). r F F F( ) a cos( ) a sn( ) a a 1 1 u( r ) a r cos( ) a r sn( ) a a. 1 1 Οι σταθερές a1 a λ προσδιορίζονται από τις συνοριακές συνθήκες όπως θα δούμε πιο κάτω. Σημειώνουμε ότι λ είναι ισοδύναμο με το να έχουμε u Ε(Ω). Έστω ότι έχουμε τις εξής συνοριακές συνθήκες: u για / u για / n Τότε u(r α/) = δίνει (7.7) a1r cos( / ) ar sn( / ). Για την άλλη ΣΣ έχουμε u 1 u 1 a1r sn( / ) ar cos( / ) n r r / / 1 1 (7.8) a r sn( / ) a r cos( / ). 1 Διαιρούμε τις (7.7) (7.8) με r λ λr λ 1 αντίστοιχα και έχουμε το σύστημα cos( / ) sn( / ) a1 sn( / ) cos( / ) a. Για να έχουμε μοναδική λύση θα πρέπει η ορίζουσα του πίνακα συντελεστών να είναι μηδέν: 3 5 cos ( / ) sn ( / ) cos( )... 1 Ορίζουμε λοιπόν 1... και από την (7.7) έχουμε

6 Άρα οι λύσεις a a 1 1 cos cos( / ) 4 ( 1). sn( / ) 1 sn 4 u ( r ) r cos( ) ( 1) sn( ) 1... ικανοποιούν τη ΜΔΕ και τις συνοριακές συνθήκες γύρω από το ιδιόμορφο σημείο. Έτσι στη γειτονιά του σημείου αυτού έχουμε (7.9) u( r ) Au ( r ) r r όπου 1 A και r η ακτίνα σύγκλισης της άπειρης σειράς. Παρατήρηση 7.1: Για σταθερό θ η λύση u ~ r λ παρομοιάζει της λύσης του προβλήματος στη 1-διάσταση (με ιδιομορφίες) άρα αναμένουμε τους ρυθμούς σύγκλισης να είναι επίσης παρόμοιοι. 7.3 Ρυθμοί σύγκλισης στη νόρμα ενέργειας Θεωρούμε ελλειπτικά ΠΣΤ (στις -διαστάσεις) των οποίων οι λύσεις είναι της μορφής (7.9) και θέτουμε ma το οποίο μετρά την ομαλότητα της (ακριβούς) λύσης. Για την εκδοχή h της ΜΠΣ ισχύει u u CN F όπου C και Ν ο αριθμός βαθμών ελευθερίας. Αν το πλέγμα είναι (σχεδόν) 1 mn ομοιόμορφο τότε p. Για μη-ομοιόμορφο πλέγμα (π.χ. προσαρμοστικό) έχουμε p / κάτι που ισχύει και αν η λύση είναι ομαλή και το πλέγμα (σχεδόν) ομοιόμορφο. Για την εκδοχή p της ΜΠΣ έχουμε u u CN F

7 με β = λ/ αν το ιδιόμορφο σημείο δεν είναι κομβικό σημείο και β = λ όταν είναι. Στη περίπτωση που η λύση είναι ομαλή (π.χ. αναλυτική συνάρτηση) τότε (7.1) u uf C ep N όπου C με δ ½. Για την εκδοχή hp της ΜΠΣ ισχύει η (7.1) ακόμα και για λύσεις της μορφής (7.9) αν το πλέγμα και οι βαθμοί των πολυωνυμων βάσης επιλεγούν κατάλληλα. Συγκεκριμένα το πλέγμα περιέχει μικρά στοιχεία γύρω από τα σημεία ιδιομορφίας και μεγάλα στοιχεία μακριά από αυτά. Το μέγεθος των στοιχείων ακολουθεί γεωμετρική πρόοδο με λόγο σ.15. Ο βαθμός των πολυωνύμων βάσης είναι γραμμικός δηλ. είναι μεγάλος στα μεγάλα στοιχεία και μικρός στα μικρά στοιχεία. Παράδειγμα 7.: Έστω ότι η λύση είναι του τύπου (7.9) με την μόνη ιδιομορφία να βρίσκεται στο σημείο Α (βλ. το πιο κάτω σχήμα) και έστω ότι ο γεωμετρικός λόγος είναι σ = 1/. Τότε για την εκδοχή hp το πλέγμα και οι βαθμοί των πολυωνύμων αλλάζουν ως εξής: Σχήμα 7.: Το πλέγμα και οι βαθμοί των πολυωνύμων για την εκδοχή hp με γεωμετρικό λόγο 1/.