Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ КОММЕНТАРИИК гл. 1, §§ 1, 2. С общей теорией линейных разностных уравнений можно познакомиться, например, по гл. V книги [7]. К гл. 2, § 5. С методом прогонки к его обоснованием для некоторого класса разностных краевых задач авторы впервые познакомились в 1953 году по рукописи статьи И. М. Гельфанда и О. В. Локуциевского «Метод прогонки для решения разностных уравнений» (см., например, [10]). Существуют варианты прогонки, предназначенные для вычисления решений разностных краевых задач, не рассмотренных в нашей книге. С результатами и библиографией можно познакомиться по книгам [4], [15], [23] и др. К гл. 3. Идея использовать при обосновании прогонки непосредственно-свойство хорошей обусловленности разностной краевой задачи была высказана Н. С. Бахваловым. Некоторые шаги в осуществление этой идеи были сделаны при изложении прогонки в книге [10], а затем В. В. Огневой, ЖВМ и МФ 7, № 4 (1967), которой принадлежит идея рассмотрения урезанных систем. Модифицированное изложение этой работы имеется в книге [8]. Приведенное в § 6 обоснование хорошей обусловленности разностной краевой задачи использует дипломную работу студента Новосибирского университета Багисбаева, которому, в частности, принадлежит пример, показывающий, что условие гладкости коэффициентов нельзя игнорировать. К гл. 6, §§ 19, 20. Подробнее познакомиться с методами численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений можно по книге [4] и указанной в ней литературе. Разностные схемы для некоторых важных классов дифференциальных уравнений с разрывными коэффициентами .построены в теории однородных разностных схем А. Н. Тихонова и А. А. Самарского и изложены в одной и» глав книги [23]. К гл. 7, § 21. Понятие устойчивости разностных схем относительно ошибок округления при задании начальных данных впервые описано Дж. фон Нейманом и Р. Д. Рихтмайером в 1950 году (см. сб. переводов «Механика», в. 1, 1951) в работе, посвященной расчету газодинамических скачков. Первая система определений устойчивости и аппроксимации, при которой сходимость является следствием аппроксимации и устойчивости, была предложена В. С. Рябеньким, ДАН СССР 86, № 6 (1952), в случае разностных аналогов задачи Коши для систем уравнений с частными производными. Принятая в нашей книге система основных определений и теорема о том, что из аппроксимации и устойчивости следует сходимость, близки к предложенным А. Ф. Филипповым, ДАН СССР 100, № 6 (1955). См. также [22] или [10]. Отличие состоит главным образом в том, что мы используем более универсальное, чем А. Ф. Филиппов, определение аппроксимации. Существуют другие естественные системы определений основных понятий, при которых аппроксимация и устойчивость обеспечивают сходимость. Среди них наиболее известна система определений П. Д. Лакса, предложенная в 1956 году (см., например, [20]): В теории Лакса рассматриваются разностные схемы для нестационарных задач, причем предполагается, что эти разностные схемы действуют не в пространстве сеточных функций, а в том же функциональном пространстве, что и дифференциальное уравнение. При этом (дополнительном) предположении доказывается, что для аппроксимирующей разностной схемы устойчивость и сходимость имеют место одновременно. Эта теорема эквивалентности Лакса является одной из конкретизаций более общей конструкции Л. В. Канторовича, УМН 3, в 6 (1948). В последние годы А. А. Самарский предложил и развил в соавторстве с А. В. Гулиным теорию устойчивости, применимую к весьма широкому классу разностных схем (см. [23], [24] и § 43 настоящей книги). С новыми результатами, библиографией и обзорами работ по устойчивости разностных схем можно познакомиться по книгам [10], [15], [20]-[28]. Следует сказать, что в работе 1928 года Р. Куранта, К. Фридрихса и Г. Леви (см. УМН 8 (1940)) и во многих других работах, где метод конечных разностей используется для доказательства существования решений дифференциальных уравнений, устанавливаются неравенства, которые в современной терминологии можно истолковать как устойчивость в тех или иных нормах. Однако понятие устойчивости возникло в связи с использованием разностных схем для приближенного вычисления решений в предположении, что эти решения существуют. Поэтому устойчивость изучается обычно в более слабых нормах, чем это нужно для доказательства существования. Отметим, что впервые метод конечных разностей был использован для доказательства существования решений уравнений с частными производными в 1924 году Л. А. Люстерником (см. УМН 8 (1940)), который рассматривал уравнение Лапласа. К гл. 7, § 22, п. 3. Излагаемый здесь прием построения разностных схем предложен в работах: P. L. I. Brian, A. I. Ch. Е. J. 7 (1961); J. Douglas, Num. Math. 4 (1962); J. Douglas, Trans. Amer. Soc. 89 (1958); С. К. Годунов, Разностные методы решения уравнений газовой динамики. Новосибирск, 1962 (ротапринт). Двумерный вариант рассмотренной в этом пункте схемы с пересчетом Лакса — Вендрова [20], для газодинамических задач предложен Л. А. Чудовым (см. обзорную статью Г. С. Рослякова и Г. Ф. Теленина в сб. «Численные методы в газовой динамике», М., Изд-во МГУ, в. 2, 1963). Идея метода Рунге — Кутта была применена В. В. Русановым • (препринт ИПМ АН СССР, 1967) для построения разностной схемы третьего порядка точности в случае газодинамических расчетов. Л. А. Чудов (статья в сб. «Некоторые применения метода сеток в газовой динамике», в. 1. «Течения в пограничном слое», Изд-во МГУ, 1971) для уравнений параболического типа построил разностную схему типа Рунге — Кутта второго порядка точности, обладающую хорошими сглаживающими свойствами. Схемы с пересчетом применяются во многих газодинамических расчетах. См., например, [1]. Существуют и другие методы построения разностных схем (см. [4], [13], [19]-{28]). К гл. 8, § 25, п. 5. Насколько известно авторам, возможность использовать дифференциальные приближения Для исследования разностных уравнений впервые заметил в 50-х годах А. И. Жуков (сообщение на семинаре ИПМ), которому принадлежит рассмотренный здесь пример. Теория дифференциальных приближений, в которой изучаются асимптотические и групповые свойства интересных классов разностных уравнений, построена Н. Н. Яненко и Ю. И. Шокиным, Сиб. матем. ж. 10, № 5 (1969); Численные методы мех,- сплошной среды, 2, Ns 2 (1971). К этим же вопросам относятся статьи Н. Н. Кузнецова, ДАН 200, № 5, (1971); ДАН 204, № 2 (1972); ЖВМ и МФ, 12, № 12 (1972). К гл. 8, § 26, п. 1. Идея замораживания коэффициентов во внутренних точках предложена в цитированной выше статье Неймана и Рихтмайера (см. примечание к § 21), К гл. 8, § 26, п. 2. Признак К. И. Бабенко и И. М. Гельфанда был доложен в их совместном с О. В. Локуциевским докладе на конференции по функциональному анализу в Москве в 1956 году. См. также [2] и примечания к гл. 14, помещенные ниже. К гл. 8, § 27. Существует очень экономный по числу арифметических действий алгоритм вычисления коэффициентов конечного ряда Фурье, называемый быстрым преобразованием Фурье. См., например, [4] или [15]. В частности, отметим оценку погрешности разностного решения уравнения Пуассона, найденную Е. А. Волковым (Тр. Матем. ин-та им. В. А. Стеклова 117 (1972)) в условиях отсутствия аппроксимации оператора Лапласа со вторым порядком в числе слоев сетки, неограниченно растущем при измельчении шага. Эта оценка в то же время является более сильной, чем равномерная оценка второго порядка, так как она устанавливает дополнительное убывание погрешностей вблизи границы области. Конечные ряды Фурье для анализа нестационарных разностных уравнений, по-видимому, впервые использовала О. А. Ладыженская. С помощью этого аппарата ею была найдена сходящаяся неявная разностная схема для гиперболических по И. Г. Петровскому систем. По-видимому, это был первый пример сходящейся неявной разностной схемы (О. А. Ладыженская, Автореферат, канд. дисс., ЛГУ, март 1949). См. также ИЗ]. К гл. 9. См. книги [1]-[3], [9], [13], [14], [21], [26] и имеющуюся там библиографию; в сборниках статей и журналах постоянно появляются новые работы по численным методам механики сплошных сред. К гл. 10. Схема переменных направлений (12) из § 32 построена Д. Писманом и Г. Рэкфордом в 1956 году (см., например, [5] или [28]); схема расщепления (7) из § 31 предложена Н. Н. Яненко, ДАН СССР 125, № 6 (1959). В настоящее время схемы расщепления построены для многих основных задач математической физики. См., например, [5], [15], [23], [27], [28], монографию Е. Г. Дьяконова, Разностные методы решения краевых задач, ч. 1 (1971) и ч. 2 (1972), изд-во МГУ, и имеющуюся там библиографию. Видоизменение метода переменных направлений, получающееся путем объединения его с вариационным методом Ритца, предложено и использовано для вычисления собственных значений сильноэллиптических операторов и для решения разностного уравнения Лапласа в работах: Г. П. Прокопов, ЖВМ и МФ 8, № 1 (1968); С. К. Годунов и Г. П. Прокопов, ЖВМ и МФ 9, № 2 (1969), С. К. Годунов, В. В. Огнева, Г. П. Прокопов, Сб. «Дифференц. уравнения с частными производными», Труды симпозиума посвященного 60-летию акад. С. Л. Соболева, 1970. Оригинальная конструкция локально-одномерных схем предложена И. В. Фрязиновым (ЖВМ и МФ 13, № 1, 3, 1973). К гл. 10, § 33. Относительно метода крупных частиц О. М. Белоцерков-ского и Ю. М. Давыдова и его приложений, помимо работы, цитированной в § 33, см. монографию [3]; текст обзорного доклада О. М. Белоцёрковского и В. Е. Яницкого на IV Всесоюзн. конф. по динамике разреженного газа в 1975 году в Звенигороде; текст лекции О. М. Белоцерковского на Карма-новских чтениях 1976 года в Брюсселе. К гл. II, § 34. Для разностного уравнения Пуассона в прямоугольнике самым экономным способом вычисления решения является быстрое преобразование Фурье (см. примечание к § 27). Разностными схемами для уравнений Лапласа и Пуассона в криволинейных областях, начиная от работы Л. А. Люстерника 1924 года, занимались многие авторы. См., например, [4], [16], [23] и имеющуюся там библиографию. Оценки погрешности, выражающиеся непосредственно через исходные данные, получены для ряда схем, аппроксимирующих задачи Дирихле, Неймана и смешанную краевую задачу для уравнений Лапласа и Пуассона на прямоугольнике, прямоугольном параллелепипеде и некоторых треугольниках см. Е. А. Волков, Тр. Матем. ин-та им. В. А. Стеклова 74 (1966), 105 (1969), И. А. Султанова, ЖВМ и МФ 11, № 5 (1971) и библ. там же. Е. А. Волков установил также( Тр. Матем. ин-та им. В. А. Стеклова 128 (1972)), что если разностный оператор в граничных узлах удовлетворяет некоторому условию адекватности стандартному пятиточечному разностному оператору Лапласа, то разностное решение уравнения Пуассона, продолженное с сетки на замкнутую область с криволинейной границей, при достаточно гладких данных задачи аппроксимирует со вторым порядком относительно шага искомое решение вместе с производными до порядка К гл. 11, § 35. Идея рассмотрения решений стационарных задач как предела решений нестационарных при возрастании времени впервые использована в 30-х годах А. Н. Тихоновым. Одна из разностных схем установления для расчета стационарного сверхзвукового обтекания тел газом предложена С. К. Годуновым, А. В. Забродиным и Г. П. Прокоповым, ЖВМ и МФ 1, № 6 (1961), см. [9]. Интересно отметить, что обоснование устойчивости этой схемы, описанное в работе К. А. Багриновского и С. К. Годунова, ДАН СССР 115, № 3 (1957), использует расщепление разностных операторов. Имеется ряд работ многих авторов в направлении расчета стационарных задач установлением. Один из первых эффективных методов ускорения сходимости при решении разностного уравнения Пуассона указал Л. А. Люстерник, Тр. Матем. ин-та им. В. А. Стеклова 20 (1947). К гл. 11, § 36. Многочлены Чебышева для выбора оптимального набора итерационных параметров используются в различных задачах, начиная с работ А. А. Абрамова, М. К. Гавурина, Фландерса и Шортли, относящихся к 1950 году. Новые результаты, библиография и обзоры с различных точек зрения итерационных методов решения разностных эллиптических краевых задач содержатся в книгах [5], [16], [23], [28]; в монографиях Е. Г. Дьяконова, Итерационные методы решения разностных аналогов краевых задач для уравнений эллиптического типа, Киев, 1970 (ротапринт); Г. И. Марчука и Ю. А. Кузнецова, Итерационные методы и квадратичные функционалы, Новосибирск, «Наука» СО, 1972 (ротапринт); в обзорной статье Р. П. Федоренко, УМН 28, № 2 (1973) и в др. К гл. 12. Основная идея получения вариационно-разностных схем содержится в работе Р. Куранта (Courant R., Bull. Amer. Math. Soc. 49, № 1 (1943)). Независимо в инженерных расчетах прочности часто пользовались без теоретического обоснования различными реализациями вариационно-разностных схем под названием метода конечных элементов. Систематическому изложению основ теории вариационно-разностных схем и некоторых их приложений посвящена монография Л. А. Оганесяна, В. Я. Ривкинда и Л. А. Руховца «Вариационно-разностные методы решения эллиптических уравнений», ч. 1 и 2, Тр. семинара по дифференц. уравнениям, Ин-т физики и математики АН Литовской ССР, в. 5, Вильнюс, 1973 и в. 8, Вильнюс, 1974. Ротапр., которую мы использовали при работенад этой главой. См. также, например, [12], [18], [25]. В настоящее время вариационно-разностные схемы реализованы в виде (хорошо отработанных программ на быстродействующие вычислительные машины для ряда задач теории упругости. См., например, [12]. Имеются численные реализации проекционно-разностного метода и для некоторых других задач, не только эллиптических. Ряд работ последнего времени помещен в двух сборниках «Вариационно-разностные методы в математической физике», Новосибирск, 1974 и Новосибирск, 1976. К гл. 13, § 42. Стационарные решения часто используют для выяснения характера сходимости вблизи границ. См., например, С. К. Годунов, Матем. сб. 47 (89), 3 (1957). К гл. 13, § 43, п. 4. Здесь исяользован написанный А. Ф. Филипповым п. 4 из § 6 книги [22]. К гл. 13, § 43, п. 5. Выбор скалярного умножения К гл. 13, § 43, п. 6. Первый из критериев устойчивости А. А. Самарского, приведенных в этом пункте, получается из теоремы 5, п. 6, § 1 гл. VI книги [23], если вместо гильбертова пространства рассматривать евклидово и положить К гл. 14, § 44. Понятие спектра семейства разностных операторов введено в книге [10], где авторы с помощью этого понятия, в частности, обосновали признак К. И. Бабенко и И. М. Гельфанда устойчивости нестационарных задач на отрезке. Там же доказано, что расположение спектра семейства операторов в единичном круге необходимо для устойчивости. Теорема 2 получена В. С. Рябеньким, ДАН СССР 185, № 2 (1969). К гл. 14, § 46. Понятие ядра спектра семейства операторов введено В. С. Рябеньким, ДАН СССР 185, № 2 (1969). Там же сформулированы теоремы 1—4. Теорема А. В. Соколова для случая скалярных коэффициентов К гл. 14, § 47. Здесь изложена статья В. С. Рябенького, ДАН СССР 193, 3 (1970). К Дополнению. Метод внутренних граничных условий (МВТУ) предложен В. С. Рябеньким, Докт. дисс., Ин-т прикл. математики АН СССР (1969). В пп. 1—9 и 11 изложена часть статьи В. С. Рябенького, УМН 26, № 3 (1971). В этой статье даны также некоторые приложения МВТУ к исследованию и вычислению решений разностных краевых задач в простых и составных областях. Содержание п. 10 опубликовано в докладе В. С. Рябенького на конференции, посвященной семидесятипятилетию акад. И. Г. Петровского в МГУ (январь 1976). К п. 2 Дополнения. А. Я. Белянков, Матем. заметки 18, № 5 (1975), доказал существование фундаментального решения, растущего при Им же построено так называемое циклическое фундаментальное решение, позволяющее строить внутренние граничные условия и допускающее эффективное построение с помощью быстрого преобразования Фурье, статья в сб. «Задачи механики и матем. физики», посвященном памяти акад. И. Г. Петровского, «Наука», 1976. А. В. Забродин и В. В. Огнева, препринт ИПМ АН СССР (1973), использовали модифицированный ими вариант МВГУ для расчета нелинейной задачи теплопроводности на графах.
|
1 |
Оглавление
|