隐式有限差分解的谱系数

计算科学 有限差分 数值分析 龙格库塔 多项式 隐式方法
2021-12-09 19:23:37

这是我长期以来一直试图弄清楚的事情,而我所拥有的只是模糊的数字结果。我试图分析性地回答以下问题:

假设我有一个时间相关系统:

ut=L(x,u,ux,uxx),u(t=0,x)=u0

我用一些有限差分方案来近似差异,例如uxxj=1dx2(uj1+uj+12uj)

我用隐式 FD 方法近似每个时间步,例如 Runge-Kutta。

问题:给定一个正交多项式基,并且假设尽可能平滑,我们能说什么关于谱系数 对于大{pj(x)}j=0u0u(x,tf)=jajpj(x)tf

我认为这是密切相关的,如果不是由的可微性决定的话,但我也不确定。u(x,t)

1个回答

这取决于解析网格的能力。在某种程度的粗糙度上,您将首先观察到2h波浪(网格上最小的可解析波浪),不久之后,您的解决方案就会爆炸。这意味着在您的解决方案的光谱表示中,由于混叠和光谱阻塞,较高模式的系数开始增长。当您在解决方案中看到提到的波浪时,您首先观察到较高系数的增长。在这种情况下,您需要做的是细化网格。

我想你可能会对 J.Boyd 的第 11 章感兴趣——“傅里叶和切比雪夫谱方法”,Dover,2001。