Kurs_vysshei_matematiki_UP_Berkov_N.A._2007-2
.pdfunm+1
unm−1
unm+1
unm−1
=unm +
=unm −
=unm +
=unm −
|
∂u |
n |
|
un |
un |
|
||||
|
|
|
m = |
m |
−h m−1 |
+ O(h), |
||||
∂x |
|
|||||||||
|
∂u |
n |
umn +1 − umn −1 |
2 |
||||||
|
m = |
|
|
|
+ O(h ). |
|||||
∂x |
|
|
2h |
1 |
|
|
∂u |
|
|
n |
1 |
|
|
∂2u |
|
n |
1 |
|
|
∂3u |
|
n |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m τ + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m τ 2 + |
|
|
|
|
|
|
|
m τ 3 + O(τ 4), |
|||||||
1! |
|
|
∂t |
2! |
|
∂t2 |
3! |
|
∂t3 |
||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
∂u |
|
|
n |
1 |
|
|
∂2u |
|
n |
1 |
|
|
∂3u |
|
n |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m τ + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m τ 2 − |
|
|
|
|
|
|
|
m τ 3 + O(τ 4), |
|||||||
1! |
|
|
∂t |
2! |
|
∂t2 |
3! |
|
∂t3 |
||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
∂u |
n |
1 |
|
|
∂2u |
n |
1 |
|
|
∂3u |
n |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m h + |
|
|
|
|
|
|
|
m h2 + |
|
|
|
|
|
m h3 + O(h4), |
|||||||||||||
1! |
|
∂x |
2! |
∂x2 |
3! |
∂x3 |
|||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
∂u |
n |
1 |
|
|
∂2u |
n |
1 |
|
|
∂3u |
n |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
m h + |
|
|
|
|
|
|
m h2 − |
|
|
|
|
|
m h3 + O(h4). |
|||||||||||||||||
1! |
∂x |
2! |
∂x2 |
3! |
∂x3 |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
umn+1 − umn |
+ b |
umn +1 − umn |
= C; m = 0, ±1, ±2, . . . ; n = 0, 1, 2, . . . |
|
τ |
h |
||||
|
m |
|
|
± ± |
|
|
|
|
|
||
|
|
(mh), |
m = 0, 1, 2, . . . |
||
u0 = ϕ0 |
u
unm+1 = unm − ahbτ (unm+1 − unm) + Cτa ; m = 0, ±1, ±2, . . . ; n = 0, 1, 2, . . . .
u
u0m = ϕ0(xm)
t
(n, m) (n, m + 1) (n + 1, m)
a |
un+1 |
n |
|
un |
un |
|
m |
− um |
+ b |
m |
−h m−1 |
= C; m = 0, ±1, . . . ; n = 0, 1, . . . . |
|
|
|
|||||
0 |
τ |
|
um = ϕ0(mh); m = 0, ±1, ±2, . . .
(n+1,m) |
|
|
(n+1,m) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(n+1,m) |
|
(n,m) |
(n,m+1) |
(n,m-1) |
(n,m) |
(n,m-1) |
(n,m) |
(n,m+1) |
|
|
|
|
|
|
(∂u/∂x)mn |
|
|
|
(umn +1 − umn −1)/ (2h) |
|||
a |
umn+1 |
umn |
umn +1 − umn −1 |
|
||
|
− |
|
+ b |
|
= C; m = 0, 1, . . . ; n = 0, 1, . . . . |
|
0 |
τ |
|
2h |
|||
um |
= ϕ0(mh); m = 0, 1, 2 . . . |
(∂u/∂t)nm
x
|
0 |
τ− |
|
|
h |
||
|
a |
umn+1 |
|
umn |
+ b |
umn+1+1 − umn+1 |
= C; m = 0, 1, . . . ; n = 0, 1, . . . |
n |
|
|
|
|
|
||
|
um = ϕ0(mh); m = 0, 1, . . . |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
u0 = f0(nτ ), |
n = 0, 1, 2, . . . |
(n+1,m) |
(n+1,m+1) |
(n+1,m-1) |
(n+1,m) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(n,m) |
(n,m) |
|
0 |
τ− |
h |
|||||
|
|
umn+1 |
umn |
|
n+1 |
|||
|
a |
|
|
+ b |
umn+1 − um−1 |
= C; m = 0, 1, . . . ; n = 0, 1, 2, . . . |
||
n |
|
|
|
|
|
|
||
|
um = ϕ0(mh), |
m = 0, 1, 2, . . . |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u0 = f0(nτ ), |
n = 0, 1, 2, . . . |
|
|
u u
|
|
|
umn+1+1 |
|
|
|
umn+1+1 = umn+1 |
− |
ha |
(umn+1 − umn ) + |
Ch |
, n = 0, 1, 2, . . . , m = 0, 1, 2, . . . |
|
|
|
|
||||
bτ |
b |
n
u
um1 +1 = um1 |
− |
ha |
(um1 − um0 ) + |
Ch |
, m = 0, 1, 2, . . . |
|
|
|
|
||||
bτ |
b |
|||||
|
|
|
|
|
|
u |
x
z = y ln(x2 − y2); |
|
|
1 ∂z |
+ |
1 ∂z |
= |
|
z |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
x ∂x |
y |
∂y |
y2 |
||||||||||||||||||
|
y |
∂2u |
|
|
|
∂2u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
u = arctg |
|
; |
|
+ |
|
|
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
x |
∂x2 |
∂y2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
u = cos(x − y) + ln(x + y); |
|
|
|
|
|
|
∂2u |
= |
|
∂2u |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
∂y2 |
|
∂x2 |
|||||||||||||||
u = arcsin(x + ay); |
|
|
|
∂u |
|
= a |
∂u |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
∂y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂x |
|
|
|
|
|
|
u = et sin x; |
|
∂u |
+ |
|
∂2u |
|||||
|
|
|
|
= 0. |
||||||
|
∂t |
∂x2 |
||||||||
u = cos(xy) + y2; |
|
uxx + uy + y2u = y4. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
z = z(x, y) |
||||
z2x − yz + x2 = 0; |
|
|
zxy(2xz − y) + 2xzxzy + 2zzy = zx. |
|||||||
|
z |
− |
x |
zxy |
− zx + zy = 1. |
|||||
|
|
|
= 1; |
|||||||
|
y |
z |
∂2u x ∂x2 = y .
∂3u
∂x2∂y = 1. y ∂u∂x = x + y.
|
∂2u |
= |
x2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
||
|
∂x∂y |
1 + y2 |
|
|
||||||
|
∂2u |
|
|
|
y |
|
|
|||
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
|
|
∂x∂y |
1 + y2 |
|
|
||||||
|
∂2z |
|
= |
√ |
y |
|
. |
|||
|
∂x∂y |
|
|
|
||||||
|
1 − x |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
∂3V |
|
|
= xzexy. |
||||||
|
∂x∂y∂z |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lu = f, |
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
u f |
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
L |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
∂u |
+ b |
∂u |
, 0 x ∞, 0 |
t ∞, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Lu = |
∂t |
∂x |
||||||
|
|
|
|
|
u(0, x), |
|
|
0 x < ∞, |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 t < ∞, |
|
|
|
|
|
|
u(t, 0), |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c,
f= ϕ0(x), 0 x < ∞,
f0(t), 0 t < ∞.
Lu f x
(−∞, ∞)
Lhu(h) = f (h).
Lh
u(h) f (h) u(h)
h
h
|
|
|
|
umn+1 |
umn |
umn+1+1 − umn+1 |
|
||
|
|
n |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lhu(h) = |
a |
0 |
τ− |
|
+ b |
h |
, m = 0, 1, . . . , n = 0, 1, . . . |
||
|
|
um, |
|
|
|
m = 0, 1, . . . |
|||
|
u0 , |
|
|
|
|
n = 0, 1, . . . |
C
f (h) = ϕ0(mh), m = 0, 1, 2, . . .
f0(nτ ), n = 0, 1, 2, . . .
Lhu(h) f (h)
f (h)
(tn, xm) f (h)(tn, xm)
f |
h |
|
|
τ = τ (h) |
Dh |
|
|
h |
|
|
ϕ(h) |
sup |fh(tn, xm)| f (h)
n,m
sup |fh(tn, xm)|
n,m
||f (h)|| = sup |fh(tn, xm)|.
n,m
f (h) ϕ(h)
||f |
(h) |
− ϕ |
(h) |
sup f |
(tn, x |
|
) |
− ϕh |
(tn, x |
m)|. |
|
|
||
|
|
|| = n,m | h |
|
m |
|
|
|
|
|
|||||
||f (h)|| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||f |
(h) |
+ |
|
+ ϕ(h)|| ||f (h)|| + ||ϕ(h)|| ||λf (h)|| = |λ| · ||f (h)|| |
λ |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
u(h) |
|
|
[u]h |
|
hk |
|
|
|| [u]h − u(h)|| chk, c > 0, k > 0. |
|
|
|
k |
τ → 0 |
h → 0(h) |
τ = τ (h) |
|| [u]h−u |
|| → 0 |
|
u(h) |
Dh |
[u]h
h τ
u(h)
[u]h
[u]h
u(h)
[u]h
δf (h)
Lh [u]h = f (h) + δf (h).
δf (h) → 0 h → 0 τ → 0
u
δf (h) → 0 |
h → 0, τ → 0, |
u(h) → [u]h |
h → 0 τ → 0 |
δf (h)
u |
hk |
δf (h) |
||δf (h)|| chk,
k > 0 c > 0 h
τ = τ (h) h → 0 τ → 0 h → 0 ||δf (h)|| → 0
u
[u]
|
∂ [u] |
n |
|
|
|
|
[u] |
n |
|
|
|
|
a |
m |
+ b |
|
m |
|
|
|
|||||
|
|
∂ |
= C + O(τ ) + O(h). |
|||||||||
∂t |
|
∂x |
||||||||||
[u] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂ [u] |
|
n |
|
|
[u] |
n |
|
|
|
|
a |
m |
+ b |
m |
|
||||||
|
|
|
|
∂ |
= C. |
|||||||
|
|
∂t |
∂x |
O(τ ) + O(h) [u]
δf (h) = |
O(τ ) + O(h) |
. |
0 |
h τ
h τ
τ h