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zjppzhu

铜虫 (初入文坛)

[求助] 抛物型偏微分方程的数值解求解问题,谢谢!

需要求解如下抛物型偏微分方程:
du/dt=-1/2(du2/dx2)+f(x,t)
加上一定的初始条件和边界条件。
打算采用有限差分法求解,疑惑在于:采用Crank-Nicolson格式进行离散化时,由于系数a=-1/2(看到所有的文献资料中的例子,均设a>0),导致网格比r=a*delta_t/(delta_x*delta_x)是负数,在这种情况下,Crank-Nicolson格式还是恒稳定的吗?谢谢!

另外,如果这个偏微分方程只有初始条件,而不能确定边界条件(两个边界条件都没有),应该属于反边界问题吗?能求解吗?谢谢!
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zjppzhu

铜虫 (初入文坛)

感谢您的答复!我根据问题推导得到的偏微分方程如上面所述,如果初始条件不能用数学表达式表达出来(如随机信号、脑电信号等),应该得不到解析解了吧?还有,根据问题的先验知识,还定不出边界条件(也可能是我的功底太弱,不知道如何定,只好先用Dirichlet、Neumann、Robin边界条件试试)。但如你上面所述,若a<0会导致解不稳定,那整个模型就废掉了,呜呜.......
4楼2013-01-11 21:44:23
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zjppzhu

铜虫 (初入文坛)

谢谢!可惜没有我这种情况的:(
我的问题特殊性在于:那个系数a=-1/2,是个负数,而所有看到的资料上,这个a>0?就是搞不清楚,在这种情况下进行有限差分法求数值解行不行?
我对于偏微分方程的了解得实在太少了,不好意思呀。
2楼2013-01-10 22:30:23
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archdevil

铁杆木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与,应助指数 +1
zjppzhu: 金币+2, ★★★很有帮助, 回答了部分疑惑,谢谢! 2013-01-11 21:46:52
这是一个线性微分方程,如果边界条件不复杂,可以求出解析解的,这样不是更好。
如果一定要用数值解,这里有个问题,一般而言,方程的解中会包含因子exp(-at),即若a>0,则解会随着时间的增长而衰减,此时我们称解是稳定的(注意:是数学上的稳定,不是数值意义上的稳定)。如你所说,若a<0,则解在数学上都不稳定,那么通过数值方法也一定得不到稳定的解。
鲜花因生之绚烂而凋谢,珊瑚因死之静默而永恒。
3楼2013-01-11 00:12:37
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zjppzhu

铜虫 (初入文坛)

我想了一下,我的模型即使在a<0时,应该还是有希望有解的,因为du/dt=-1/2(d2u/dx2)+f(x,t)中最右边的非齐次项是-detla×u,而delta是征得、可调的微小量,这样的话,在解析解中,会贡献一个exp(-1/(detla)^2*t)因子,应该有希望可以抵消掉发散的exp(-at)项吧?还请上面的大侠和其他各位们不吝赐教,谢谢!
5楼2013-01-11 22:18:12
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