Πεπερασμένα στοιχεία στις πολλές διαστάσεις

Abstract

Σε αυτό το κεφάλαιο θα μελετηθούν μέθοδοι πεπερασμένων στοιχείων για την ελλειπτική εξίσωση στις πολλές διαστάσεις και την εξίσωση της θερμότητας στις πολλές χωρικές μεταβλητές. <br/><br/>Μεταβολική μορφή του ελλειπτικού προβλήματος δύο σημείων και εισαγωγή στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων στις πολλές διαστάσεις.<br/>Διαμέριση ενός χωρίου στις 2 διαστάσεις με τριγωνισμούς και εκτιμήσεις του σφάλματος για την μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων.<br/><br/>Διακριτοποίηση της εξίσωσης της θερμότητας μόνο ως προς τις χωρικές μεταβλητές με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων. <br/>Η έννοια του ημιδιακριτού προβλήματος. Ύπαρξη, μοναδικότητα και εκτιμήσεις σφάλματος της λύσης του ημιδιακριτού προβλήματος<br/><br/>Πλήρως διακριτο πρόβλημα: προκύπτει με τη διακριτοποίηση του ημιδιακριτου και ως προς το χρόνο. Μέθοδοι που θα εξεταστούν είναι η άμεση και η πεπλεγμένη μέθοδος του Euler και η μέθοδος των Crank-Nicolson. Επίσης θα δειχθεί η ευστάθεια, η συνέπεια και εκτιμήσεις σφάλματος για αυτές τις μεθόδους.

In this chapter we study finite element methods for elliptic problems and the heat equation in two or three spatial dimensions. We consider the variational form of the two-point elliptic problem and introduce the finite element method. We consider partitions of two-dimensional domains using triangles and show error estimations for the finite element method. We discretize the heat equation only in the spatial variables by the finite element method and thus obtain a semi-discrete problem. We show existence, uniqueness and error estimates of the solution of this semi-discrete problem. The fully discrete problem occurs by further discretizing the semi-discrete problem in time. We consider the forward Euler method, the backward Euler method and the Crank-Nicolson method. We further show stability and consistency results and derive error estimates for these methods.