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科学和工程中的许多问题可归结为外部问题,例如:流体力学中大量存在的障碍问题等。求解此类问题的最简单的方法是设定一个人工边界,加上人工边界条件,然后在有限子区域中用通常的数值方法求解,例如,有限差分方法、有限元方法或者有界区域上的谱方法等。然而,这种区域截断的办法必然会带来相应的误差。因此,需要研究直接计算外部问题的高精度算法。
本文研究了二维外部问题的Fourier-广义Laguerre函数的混合谱和拟谱方法以及三维外部问题的球面调和-广义Laguerre函数的混合拟谱方法。
论文由以下四个部分组成。在第一章中,我们简单地回顾了外部问题数值方法的研究进展情况,同时概述了本文研究工作的动机、困难和所得到的主要结果等。
在第二章中,我们介绍了广义Laguerre函数的一些基本性质,同时建立了Fourier-广义Laguerre函数的混合正交逼近理论,并针对二维线性和非线性外部问题构造了相应的混合谱格式,证明了格式的收敛性,数值结果表明了该算法的有效性和高精度。
第三章中,我们建立了Fourier-广义Laguerre函数的混合插值逼近理论,并针对二维线性和非线性外部问题构造了相应的混合拟谱格式,证明了格式的收敛性,数值结果同样表明了该算法的有效性和高精度。与相应的谱方法相比较,拟谱方法在实际计算中更简单、更省时。
第四章中,我们建立了球面调和-广义Laguerre函数的混合插值逼近理论,并由此构建了三维外部问题的混合拟谱方法,证明了该方法的收敛性,数值结果显示了该算法的有效性并与理论分析相一致。