где
,
, и это выполняется вплоть до порядка
.
- порядок производной,
интерполируемой базисной функцией
функции в узле
базисной функции.
Соотношение позволяет определить качество аппроксимации в геометрических характеристиках сетки. Переход от одной сетки к другой характеризуется якобианом.
Коэффициент
отвечает за
геометрические свойства сетки.
Рассмотрим линейные функции на треугольнике.
Значение функции в
равно 1, в остальных –
0. Всегда
.
Для
.
Возьмем производную:
.
. 
; При разбиении
.
При
,
.
, ![]()
Оператор не самосопряженный, поэтому решаем методом Галеркина.
, ![]()
,
.
Переменная
в такой форме – непрерывна.
, ![]()

, ![]()
Получаем задачу Коши.
.
–
матрицы массы и жесткости соответственно.
,
- шаг
по времени.
Схема Кранка-Николсона:
Выписывается симметрично относительно половины шага и имеет 2-ой порядок аппроксимации по времени.

Матрица СЛАУ
положительно определена.
Погрешность:
.
Спектральный радиус матрицы
должен
быть меньше 1.

![]()
,
аппроксимируем,
чтобы не решать СЛАУ на каждом шаге по времени.
Диагонализируем матрицу
в
. Пусть
-
диагональная матрица.

![]()
Это интеграл в слабой форме, который аппроксимируется законом средней точки.
Для прямоугольной равномерной сетки
.
равен строковой сумме элементов матрицы М.
Диагонализированная матрица на диагонали должна иметь положительные элементы.
Домашняя работа: сделать то же самое для неявной схемы.
Неявная схема:
![]()
![]()
,
.
(лекция 24.04.04)
Исходная задача:
![]()
- тождественный оператор
Найти собственные значения
и
принадлежащие им собственные функции ![]()

Рассмотрим скалярное уравнение Гельмгольца. Оно описывает электромагнитное поле.
в
(3)
![]()
,
,
,
граница
,
-
соответствующее собственное значение.

Воспользуемся формулой Остроградского-Гаусса

Введем граничные условия:
1. Условия Дирихле ![]()
(Если мы решаем проблему собственных значений, краевые условия будут однородны)
2. Условие Неймана 
Для условий Дирихле и Неймана (5) будет иметь вид

3. Третьи краевые условия
(5) будет иметь вид

Решить задачу (1) можно различными способами. Например,
выбираем некоторое пространство решений (его базис):
.
Пространство выбираем таким образом, чтобы базисные функции удовлетворяли краевым
условиям нашей задачи.

Ищем решение в виде (8). Вариационные постановки для решения спектральных проблем могут быть использованы в следующих приложениях:
- расчет критической частоты волновода
- постоянное распространение волн
- резонансная частота резонатора.
В однородных волноводах есть два множества различных мод.
Одно множество мод не имеет компонент магнитного поля в направлении распространения магнитного поля. Такой режим называется поперечная магнитная мода или ТМ-мода.
Второе множество не имеет компонент электрического поля в направлении распространения поля. Оно называется поперечным электрическим или ТЕ-мода.
Пусть
- направление
распространения поля. Под полем подразумевается напряженность, т.е.
, а под индукцией
.
Тогда будем рассматривать
– частота.
В направлении распространения волны происходит изменение ее
амплитуды – затухание. Коэффициент затухания обозначим ![]()
Получим
два однотипных уравнения относительно компонент
и
. Обозначим любую из них за ![]()

,
диэлектрическая
проницаемость,
- магнитная проницаемость.
ТЕ и ТМ отличаются условиями на границе.
![]()

Для задачи (1), (2), (3) сформулируем вариационную постановку (оператор симметричный, положительно определенный) в форме Ритца.

- поперечное сечение волновода.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.