Вычислительная механика. Аппроксимация дифференциальных операторов
Обыкновенные дифференциальные уравнения Дифференциальные уравнения в частных производных - задачи химической кинетики, - электрических цепей, движение систем взаимодействующих материальных точек - и другие задачи физики, химии, техники задачи математической физики, гидродинамики, акустики и других областей знаний. Решение дифференциальных уравнений аналитические численные - точные – методы позволяют выразить решение дифференциальных уравнений через элементарные функции (в аналитическом виде); - приближенные – методы, в которых решение получается как предел некоторой последовательности, члены которой выражаются через элементарные функции. -численные методы не позволяют найти точное решение дифференциальных уравнений в аналитической форме. С их помощью получается таблица приближенных (иногда точных) значений искомого решения в некоторых точках рассматриваемой области решения, именуемых сеткой. В силу этого численные методы называют иначе разностными методами или методами сеток. Суть метода сеток заключается в покрытии расчетной области (x,t) сеткой из I×N точек (см. рис), что определит шаги по времени и пространству. Сеткой определяются узлы, в которых будет осуществляться поиск решения. Далее необходимо заменить дифференциальные уравнения в частных производных (уравнение диффузии, уравнение теплопроводности и др.) аппроксимирующими их уравнениями в конечных разностях, выписав соответствующие разностные уравнения для каждого (i,n)-гo узла сетки. Понятие разностной схемы Совокупность разностных уравнений, построенных на сетке и аппроксимирующих основное дифференциальное уравнение на V и краевые условия на Г, называется разностной схемой. Таким образом, вместо поиска непрерывных зависимостей u(x) реализация разностной схемы позволяет отыскать значения функции в узлах сетки. Ее поведение в промежутках между узлами может быть получено при помощи построения какой-либо интерполяции. конечные разности на сетке