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nagami

木虫 (正式写手)

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10楼: Originally posted by tang_zm at 2014-07-05 16:15:48
些许是我没看懂哈,“存在可数离散的lambda值,就是本征值问题求的那些值”,意思就是齐次方程的特征值去和算子范数做比较,就可以判断方程解的稳定性吗?我是学微波的,临时用到,最近才开始看了些积分方程的书。 ...

数学上微分方程的有个适定性问题,指输入条件,比如初始条件,或者非齐次项。稳定性指当这些条件有微小的扰动,解偏离程度也是小的。
比如以电磁场为例子,你解一个圆形区域的二维helmholtz方程,
(-Δ+k2)u=f,其中,k是常数,边界处u为Dirichlet条件,比如g=0。要问当f有微小变动δf,边界值g有扰动δg时,解f是否能得到控制,比如这样
||u||≤const*(||δf||+||δg||)。
按照上面提到的想法。你需要解对应的本征值问题(-Δ+λ)u=0,一般λ是可数的且逐渐变大到无穷,比如说0<λ1<λ2<...。
因此呢对于上头(-Δ+k2)u=f的问题,除了k2等于本征值点意外的所有k,皆可解且唯一,解满足||u||≤const*(||δf||+||δg||)。
当你的k接近本征值点时,这个const变得很大,导致输入的边界精度看似很高,解的误差可能仍很大。就是数值上的不稳定。但理论是稳定的吧。

其实这个PDE问题等价于第二类Fredholm积分方程问题,你用Green函数可表述出来。
还有以上都是个人臆断,参考下即可。文献倒没有

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女靠衣装;男靠金装
11楼2014-07-05 16:37:38
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nagami

木虫 (正式写手)

引用回帖:
11楼: Originally posted by nagami at 2014-07-05 16:37:38
数学上微分方程的有个适定性问题,指输入条件,比如初始条件,或者非齐次项。稳定性指当这些条件有微小的扰动,解偏离程度也是小的。
比如以电磁场为例子,你解一个圆形区域的二维helmholtz方程,
(-Δ+k2)u=f ...

这个估计应该这样||δu||≤const*(||δf||+||δg||)
如果你对上述分析不放心,你可以查查依赖参数的Banach不动点定理。
你的领域一般处理高维的Maxwell方程,所以Green函数多半奇异,你得在L2中讨论第二类Fredholm积分方程问题,用Banach不动点定理可以给出一个结果,当积分核函数满足平方可积条件后,所得解是稳定的,不过第二类Fredholm积分方程方程中的λ不能太大。
女靠衣装;男靠金装
12楼2014-07-05 16:55:12
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nagami

木虫 (正式写手)

引用回帖:
12楼: Originally posted by nagami at 2014-07-05 16:55:12
这个估计应该这样||δu||≤const*(||δf||+||δg||)
如果你对上述分析不放心,你可以查查依赖参数的Banach不动点定理。
你的领域一般处理高维的Maxwell方程,所以Green函数多半奇异,你得在L2中讨论第二类Fred ...

这是那个简单的推论
Fredholm积分方程解的稳定性
11.jpg

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女靠衣装;男靠金装
13楼2014-07-05 16:56:29
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tang_zm

新虫 (小有名气)

送红花一朵
引用回帖:
11楼: Originally posted by nagami at 2014-07-05 16:37:38
数学上微分方程的有个适定性问题,指输入条件,比如初始条件,或者非齐次项。稳定性指当这些条件有微小的扰动,解偏离程度也是小的。
比如以电磁场为例子,你解一个圆形区域的二维helmholtz方程,
(-Δ+k2)u=f ...

太厉害了,连我们的电磁场你都搞的这么透彻。你应该应助回贴呢,要不我怎么送金币呢?呵呵
概括一下您上面说的,就是微分方程存在不稳定性问题,由于可以通过格林函数将微分方程化为积分方程,故可将通过微分方程不稳定性讨论方法,用于积分方程稳定性讨论?还有就是您说的
“就是数值上的不稳定。但理论是稳定的吧。”这个怎么理解呢?
14楼2014-07-06 10:11:18
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tang_zm

新虫 (小有名气)

送红花一朵
引用回帖:
13楼: Originally posted by nagami at 2014-07-05 16:56:29
这是那个简单的推论

11.jpg
...

您说的banach不动点定理,哪本书介绍得浅显易懂些呢,还有上面那个公式是出自哪本书的呢,我想对应去找找看,谢谢!
15楼2014-07-06 10:19:59
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nagami

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
tang_zm: 金币+15, ★★★很有帮助, 讲解细致透彻 2014-07-06 18:39:07
引用回帖:
15楼: Originally posted by tang_zm at 2014-07-06 10:19:59
您说的banach不动点定理,哪本书介绍得浅显易懂些呢,还有上面那个公式是出自哪本书的呢,我想对应去找找看,谢谢!...

看下这个吧http://mathworld.wolfram.com/Gre ... entialEquation.html
理论上k不等于本征值,就不会要问题。这很好理解,就像你求Hilbert矩阵的逆,理论上行列式非零,但是条件数很大,一般的算法都会求逆失败,需要特别的针对性算法。
书的话,我建议你看zeidler的nonlinear functional analysis这套第一本fixed pointed theorem就是讨论了这些方程。数学不需要特别高深,看前几章就好。
女靠衣装;男靠金装
16楼2014-07-06 10:36:52
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tang_zm

新虫 (小有名气)

引用回帖:
16楼: Originally posted by nagami at 2014-07-06 10:36:52
看下这个吧http://mathworld.wolfram.com/GreensFunctionHelmholtzDifferentialEquation.html
理论上k不等于本征值,就不会要问题。这很好理解,就像你求Hilbert矩阵的逆,理论上行列式非零,但是条件数很大,一般 ...

已经大致看了下,但我的理解是banach不动点定理主要是确定解的存在性与唯一性的问题呢,这和解的稳定性应该是两套不同的理论:只有唯一解不能说明方程解就稳定了,比如在边界条件变化前有唯一解a0,在边界或者激励有个微小变化时,得到一个新解a1(也是唯一的),如果a1远远大于a0,则说明此方程不稳定;同样,如果最初的方程解是不唯一的(多解),在边界或者激励有个微小变化时,得到的解也不唯一(多解,但是与最初的解相对应,相差很微小),不能说明此方程的解就不稳定呢。不知我的理解正确与否?谢谢!
17楼2014-07-06 19:04:29
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tang_zm

新虫 (小有名气)

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11楼: Originally posted by nagami at 2014-07-05 16:37:38
数学上微分方程的有个适定性问题,指输入条件,比如初始条件,或者非齐次项。稳定性指当这些条件有微小的扰动,解偏离程度也是小的。
比如以电磁场为例子,你解一个圆形区域的二维helmholtz方程,
(-Δ+k2)u=f ...

请问您在l楼上提到的“当你的k接近本征值点时,这个const变得很大”,是指const一定会变得很大,还是可能会变得很大呢?看来要说明解的不稳定性应该要从这个const和特征值上面去想法了,特征值有具体可表征的东西,但是这个const如何表征呢?谢谢
18楼2014-07-06 19:09:12
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nagami

木虫 (正式写手)

引用回帖:
17楼: Originally posted by tang_zm at 2014-07-06 19:04:29
已经大致看了下,但我的理解是banach不动点定理主要是确定解的存在性与唯一性的问题呢,这和解的稳定性应该是两套不同的理论:只有唯一解不能说明方程解就稳定了,比如在边界条件变化前有唯一解a0,在边界或者激励 ...

你的想法很正确,理解也是到位的。这时需要对banach不动点定理做一些扩展,首先你能明显判断有些事实,比如积分方程的非齐次项是{+g(x』)},注意加法运算是连续的。也就是说输入条件是连续作用的事实,而且都是线性的。连续加线性,能得到这个结果想必也是很合理的,||δu||≤C(||δf||+||δg||),C》0
Fredholm积分方程解的稳定性-1
2014-07-06 19:24:49的屏幕截图.jpg

女靠衣装;男靠金装
19楼2014-07-06 19:29:13
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nagami

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
tang_zm: 金币+15, ★★★很有帮助, 谢谢 2014-07-07 11:47:24
引用回帖:
18楼: Originally posted by tang_zm at 2014-07-06 19:09:12
请问您在l楼上提到的“当你的k接近本征值点时,这个const变得很大”,是指const一定会变得很大,还是可能会变得很大呢?看来要说明解的不稳定性应该要从这个const和特征值上面去想法了,特征值有具体可表征的东西, ...

你可以这样理解,上次发你的网址,注意最后两行。对于可分HIlbert空间,紧自伴算子可以进行谱分解。也就是网页上所说的函数项级数展开,这些都是特征函数,对应其特征值。当你的积分方程的积分核对称时,就是自伴的。Green函数也是对称的。
注意最后公式,当k接近特征值kn时,会出现一阶奇性的增长。你可以大胆猜测这个事实是普遍发生的。
Fredholm积分方程解的稳定性-2
2014-07-06 19:30:21的屏幕截图.jpg

女靠衣装;男靠金装
20楼2014-07-06 19:35:25
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