konvergensi metode elemen hingga ketika sisi kanan hanya dalam (Poisson eqn)


9

Saya tahu bahwa aproksimasi elemen hingga linear piecewise linear dari memenuhi asalkan U cukup halus dan f \ dalam L ^ 2 (U) . Δ u ( x ) = f ( x )uh

Δu(x)=f(x)in Uu(x)=0on ∂U
‖u−uh‖H01(U)≤Ch‖f‖L2(U)
Uf∈L2(U)

Pertanyaan: Jika f∈H−1(U)∖L2(U) , apakah kita memiliki estimasi analog berikut, di mana satu turunan diambil pada kedua sisi:

‖u−uh‖L2(U)≤Ch‖f‖H−1(U)?

Bisakah Anda memberikan referensi?

Pikiran: Karena kita masih memiliki u∈H01(U) , harus dimungkinkan untuk mendapatkan konvergensi dalam L2(U) . Secara intuitif, ini bahkan harus dimungkinkan dengan fungsi konstan piecewise.


Saya pikir Anda mendapatkan ‖u−uh‖0≤Ch‖u−uh‖1 dari trik Nitsche standar bahkan untuk u∈H1 . Anda dapat menemukan ini misalnya dalam elemen Braess - Finite.
— knl

Jawaban:


11

Ya , ini adalah trik standar Aubin-Nitsche (atau dualitas ). Idenya adalah untuk menggunakan fakta bahwa adalah ruang ganda sendiri untuk menulis -norm sebagai norma operator Dengan demikian, kita harus memperkirakan untuk arbitrary . Untuk melakukan itu, kita "mengangkat" ke dengan mempertimbangkan terlebih dahulu untuk sewenang-wenang solusi dari masalah ganda L 2 ‖ u ‖ L 2 = sup ϕ ∈ L 2 ∖ { 0 } ( u , ϕ )L2L2(u-uh,ϕ)ϕ∈L2u-uhH 1 0 ϕ∈L2wϕ∈H 1 0 ( ∇ w ϕ , ∇ v ) = ( ϕ , v )

‖u‖L2=supϕ∈L2∖{0}(u,ϕ)‖ϕ‖L2.
(u−uh,ϕ)ϕ∈L2u−uhH01ϕ∈L2wϕ∈H01
(1)(∇wϕ,∇v)=(ϕ,v)for all v∈H01.
Dengan menggunakan keteraturan standar persamaan Poisson, kita tahu bahwa
‖wϕ‖H2≤C‖ϕ‖L2.

Memasukkan di dan menggunakan ortogonalitas Galerkin untuk elemen hingga apa pun (dalam kasus Anda, linier ) dengan fungsi menghasilkan estimasi Karena ini berlaku untuk semua , ketidaksetaraan masih benar jika kita mengambil yang paling atas semua linear . Karena itu kami memperoleh v=u−uh∈H01(1)wh

(ϕ,u−uh)=(∇wϕ,∇(u−uh))=(∇wϕ−∇wh,∇(u−uh))≤C‖u−uh‖H1‖wϕ−wh‖H1.
whwh
(2)‖u−uh‖L2=supϕ∈L2∖{0}(u−uh,ϕ)‖ϕ‖L2≤C‖u−uh‖H1supϕ∈L2∖{0}infwh‖wϕ−wh‖H1‖ϕ‖L2.
Ini adalah Aubin-Nitsche-Lemma .

Langkah selanjutnya adalah sekarang untuk menggunakan estimasi kesalahan standar untuk pendekatan elemen hingga terbaik dari solusi untuk persamaan Poisson. Karena hanya dalam , kami tidak mendapatkan perkiraan yang lebih baik dari Tetapi untungnya, kita dapat menggunakan fakta bahwa memiliki keteraturan yang lebih tinggi karena sisi kanan bukannya . Dalam hal ini, kami memiliki Memasukkan dan ke dalamH 1 ‖ u - u h ‖ H 1 ≤ inf v huH1

(3)‖u−uh‖H1≤infvh‖u−vh‖H1≤c‖u‖H1≤C‖f‖H−1.
wϕϕ∈L2H−1 (3)(4)(2)
(4)infwh‖wϕ−wh‖H1≤ch‖wϕ‖H2≤Ch‖ϕ‖L2
(3)(4)(2) sekarang menghasilkan taksiran yang diinginkan.

(Perhatikan bahwa perkiraan standar mengharuskan polinomial derajat dari perkiraan elemen hingga dan Sobolev eksponen dari solusi yang benar memuaskan , maka argumen ini tidak bekerja untuk piecewise konstan ( ) pendekatan. Kami juga telah menggunakan - yaitu, bahwa kami memiliki perkiraan yang sesuai - yang tidak benar untuk konstanta sambungan satu sama lain.)m m < k + 1 k = 0 u - u h ∈ H 1 0kmm<k+1k=0u−uh∈H01

Karena Anda meminta referensi: Anda dapat menemukan pernyataan (bahkan untuk ruang Sobolev negatif bukan ) dalam Teorema 5.8.3 (bersama dengan Teorema 5.4.8) di L 2H−sL2

Susanne C. Brenner dan L. Ridgway Scott , MR 2373954 Teori matematika metode elemen hingga , Teks dalam Matematika Terapan ISBN: 978-0-387-75933-3.


1
Dan saya dapat memanfaatkan fitur kutipan baru kami yang mengkilap :)
— Christian Clason

Terima kasih atas jawaban Anda, tetapi fungsi kontinu tidak tertanam ke bukan? H01
— Bananach

Ya, maaf, saya mengelus di sana - mereka padat, tetapi tidak tertanam. Argumen dualitas bekerja sama, meskipun (hanya bekerja dengan dan secara langsung). Saya akan mengedit jawaban saya sesuai. H - 1H01H−1
— Christian Clason

Terima kasih atas pembaruan yang ekstensif. Dan untuk menemukan kutipan lain yang mengkilap
— Bananach

1
@Praveen Saya rasa Anda tidak perlu teori apa pun di sini. Sederhana pilih menjadi nol konstan. vh
— Bananach
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.