-збіжність методу кінцевих елементів, коли права сторона знаходиться лише в


9

Я знаю, що кусково-лінійне кінцеве наближення елемента угод з

Δу(х)=f(х)в Uу(х)=0на ∂U
задовольняє
‖у-угод‖Н01(U)≤Сгод‖f‖L2(U)
за умови, що досить гладкий і .Uf∈L2(U)

Питання: Якщо , чи маємо наступну аналогічну оцінку, при якій похідна відводиться з обох сторін: f∈Н-1(U)∖L2(U)

‖у-угод‖L2(U)≤Сгод‖f‖Н-1(U)?

Чи можете ви надати посилання?

Думки: Оскільки у нас все ще є , слід отримати можливість конвергенції в . Інтуїтивно це можливо навіть за допомогою постійних функцій.у∈Н01(U)L2(U)


Я думаю, що ви отримаєте ‖у-угод‖0≤Сгод‖у-угод‖1 від стандартного трюку Нітше навіть для у∈Н1. Ви можете знайти це, наприклад, у елементах Braess - Finite.
— кнл

Відповіді:


12

Так , це стандартний трюк Аубін-Нітше (або подвійність ). Ідея полягає у використанні того, щоL2 це власний подвійний простір для написання L2-норма як норма оператора

‖у‖L2=супϕ∈L2∖{0}(у,ϕ)‖ϕ‖L2.
Таким чином, ми маємо оцінити (у-угод,ϕ) для довільного ϕ∈L2. Для цього ми "піднімаємо"у-угод до Н01 вважаючи спочатку довільним ϕ∈L2 рішення шϕ∈Н01 подвійної проблеми
(1)(∇шϕ,∇v)=(ϕ,v)для усіх v∈Н01.
Використовуючи стандартну регулярність рівняння Пуассона, ми це знаємо
‖шϕ‖Н2≤С‖ϕ‖L2.

Вставлення v=у-угод∈Н01 в (1) і використання ортогональності Галеркіна для будь-якого кінцевого елемента (у вашому випадку, кусочно-лінійної) функції шгод дає оцінку

(ϕ,у-угод)=(∇шϕ,∇(у-угод))=(∇шϕ-∇шгод,∇(у-угод))≤С‖у-угод‖Н1‖шϕ-шгод‖Н1.
Оскільки це справедливо для всіх шгод, нерівність все-таки справедлива, якщо взяти мінімум за всіма кусочно-лінійними шгод. Тому ми отримуємо
(2)‖у-угод‖L2=супϕ∈L2∖{0}(у-угод,ϕ)‖ϕ‖L2≤С‖у-угод‖Н1супϕ∈L2∖{0}інфшгод‖шϕ-шгод‖Н1‖ϕ‖L2.
Це Левма Аубіна-Нітше .

Наступним кроком є ​​використання стандартних оцінок помилок для найкращого наближення кінцевих елементів до рівняння Пуассона. З тих піру є лише в Н1, ми не отримуємо кращої оцінки, ніж

(3)‖у-угод‖Н1≤інфvгод‖у-vгод‖Н1≤c‖у‖Н1≤С‖f‖Н-1.
Але, на щастя, ми можемо використати той факт шϕ має більшу регулярність з правого боку ϕ∈L2 замість Н-1. У цьому випадку ми маємо
(4)інфшгод‖шϕ-шгод‖Н1≤cгод‖шϕ‖Н2≤Сгод‖ϕ‖L2
Вставлення (3) і (4) в (2) тепер дає бажану оцінку.

(Зверніть увагу, що стандартні оцінки вимагають ступеня полінома к наближення скінченного елемента та показник Соболєва м справжнього рішення задовольняють м<к+1, тому цей аргумент не працює для кусково-постійної (к=0) наближення. Ми також цим скористалисяу-угод∈Н01- тобто, що ми маємо відповідне наближення - що не відповідає дійсності констант.

Оскільки ви попросили довідки: Ви можете знайти твердження (навіть для негативних пробілів Соболєва Н-с замість L2) у теоремі 5.8.3 (разом із теоремою 5.4.8) в

Сьюзен К. Бреннер та Л. Рідґвей Скотт , МР 2373954 Математична теорія методів кінцевих елементів , Тексти з прикладної математики ISBN: 978-0-387-75933-3.


1
І я можу скористатися нашою блискучою новою функцією цитування :)
— Крістіан Класон

Дякуємо за вашу відповідь, але безперервні функції не вбудовані Н01чи вони?
— Бананах

Так, вибачте, я погладив там - вони щільні, але не вбудовані. Аргумент подвійності працює, однак, так само (просто працюйте зН01 і Н-1безпосередньо). Я відповідно відредагую свою відповідь.
— Крістіан Класон

Дякуємо за широке оновлення. А для пошуку ще однієї блискучої цитати
— Бананах

1
@Praveen Я не думаю, що тут вам не потрібна якась теорія. Простий вибірvгодбути постійним нулем.
— Бананах
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.