Устойчивость на модельной задаче
Исследуем устойчивость разностной схемы (15) на модельной задаче
, , .
Для модельного уравнения схема примет вид
или
Ошибка! Закладка не определена..
Последнее уравнение является частным случаем трехточечного однородного разностного уравнения с постоянными коэффициентами:
(16)
В уравнении (16) любое его решение однозначно определяется заданием значений в двух соседних узлах сетки. Действительно, зная , находим , и т.д. Если - два линейно независимых решения уравнения (16), то общее решение этого уравнения можно записать в виде линейной комбинации:
(17)
Убедимся, что формула (17) в самом деле дает общее решение уравнения (16). Пусть - некоторое решение (16), и - его значения в узлах . Тогда из (17) получаем систему
которая однозначно разрешима относительно в силу линейной независимости решений .
Общее решение (17) можно найти явно. Для этого находим два решения вида , подставляя в уравнение (16). В таком случае получается квадратное уравнение относительно :
.
Для устойчивости разностной схемы должно выполняться неравенство
(18)
В нашем случае , поэтому неравенство (18) будет выполняться, если Квадратное уравнение для в нашем случае имеет вид
, где .
Заметим, что дискриминант этого уравнения всегда положителен, поскольку
.
Кроме того, заметим, что в квадратном уравнении вида
условие на корни выполняется, если , т.к.
.
В нашем случае , поэтому условие устойчивости запишется как неравенство
,
выполняющееся при
.
Таким образом, условие устойчивости двухточечной схемы Адамса на модельной задаче принимает вид ( допустимый шаг в два раза меньше, чем в схеме Эйлера).
[О комплексе|Теория|Практикум|Справочник по MathCAD'у|Об авторах]
[Home|Кафедра|ПетрГУ]
, (13)
где
- квадратурная формула для интеграла. Очевидно, что формула (13) - частный случай разностной схемы (12).
[О комплексе|Теория|Практикум|Справочник по MathCAD'у|Об авторах]
[Home|Кафедра|ПетрГУ]4.9. Неявные схемы Адамса