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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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archdevil

铁杆木虫 (正式写手)

引用回帖:
7楼: Originally posted by zjppzhu at 2013-01-12 12:14:10
非常感谢楼上的答复!关于分离变量法求解非齐方程非齐边界的本征函数展开法、数值方法关于“相对稳定的稳定性分析”有没有好的文献或者书籍推荐?万分感谢!

本征函数展开法(也有称特征函数展开法,Fourier级数展开法)是数学物理方程或偏微分方程求解的一个基本方法,基本在各类数学物理方程或偏微分方程教材中都有提及,比如中科大严镇军的《数学物理方程》,陈祖曦的《偏微分方程》,复旦姜礼尚的《数学物理方程讲义》等等。
至于相对稳定的稳定性分析,在李荣华的《微分方程数值解法》和胡建伟、汤怀民的《微分方程数值方法》中略有提及,但这方面详细的讲解我就不清楚哪本书里有了。
鲜花因生之绚烂而凋谢,珊瑚因死之静默而永恒。
8楼2013-01-14 21:48:47
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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)

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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