Sobolev方程的间断时间变量的Galerkin有限元方法

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Sobolev方程在流体力学、热力学等许多数学物理方面都有着广泛的应用,例如:流体穿过裂缝岩石的渗透理论,土壤中的湿气迁移问题,不同介质间的热传导问题等等.本文共分两章: 第一章介绍了拟线性Sobolev方程的间断时间变量的Galerkin有限元方法. 有限元法对全离散格式的推导,常见的是:先用Galerkin有限元法对空间变量进行离散化,再用有限差分对时间变量进行离散化.时间间断的Galerkin有限元法是对时间变量也应用Galerkin方法进行离散化,构造关于时间变量是次数不超过q—1次的分片多项式形式的有限元格式.这样在方法的定义和分析上,对时间变量的处理与对空间变量的处理是类似的,从而对时间变量和空间变量都可以获得高精度. 本章研究了拟线性Sobolev方程的间断时间变量的Galerkin有限元方法.按照上述的基本思路,构造了关于时间变量是次数不超过q—1的分片多项式形式的有限元格式,并进行了误差分析,得到了最优的L∞(O,T;H1(Ω))模误差估计.拟线性Sobolev方程含有时间和空间的混合偏导数项uxxt,从而增加了研究的难度,也是本文研究的意义所在. 本章分为五节:第一节是引言,简单介绍了间断时间变量的Galerkin有限元方法;第二节和第三节给出了拟线性Sobolev方程的模型以及关于时间间断的Galerkin有限元格式;第四节通过不动点定理证明了格式解的存在唯一性;第五节通过引入非标准椭圆投影,借助反向问题等方法,对该格式进行了L∞(O,T,H1(Ω))模误差估计. 第二章介绍了线性Sobolev方程的间断时间变量的H1—Galerkin混合有限元方法. H1—Galerkin混合有限元方法首先将问题化成未知变量u和其通量函数σ的一阶混合方程组,然后用H1—Galerkin有限元方法离散.在这个方法中,未知变量u和其通量流函数σ的逼近空间Vh×Wh,可以选择不同次数的多项式空间.与标准混合元法相比,H1—Galerkin混合元方法不需要满足空间的LBB—相容条件,误差估计可以很好地区分出Vh和Wh的逼近效果,而且没有要求有限元网格的拟一致性条件. 本章利用H1—Galerkin混合有限元方法和间断时空有限元方法相结合的技巧,研究了线性Sobolev方程的间断时间变量的H1—Galerkin混合有限元方法.构造了关于时间变量是次数不超过q—1的分片多项式形式的H1—Galerkin有限元格式,发挥两个方法的优势,获得了高精度数值方法. 本章也分为五节:第一节是前言,简单介绍了H1—Galerkin混合有限元方法;第二节和第三节分别给出了线性Sobolev方程的模型以及关于时间间断的H1—Galerkin混合有限元格式;第四节通过Gronwall不等式证明了格式解的存在唯—性;第五节进行了误差分析,得到了未知函数u和通量函数σ的最优的H1模误差估计,对空间变量和时间变量的逼近阶都达到了最优.
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