论文部分内容阅读
谱方法是求解偏微分方程的重要数值方法。它的主要优点是高精度,这使得该方法能够与有限差分、有限元一起而成为偏微分方程的三大数值方法之一。
本文利用基于长球波函数的谱方法讨论了时间相关问题的数值求解。首先介绍了谱方法的历史背景,发展现况及基本的理论知识。作为一种从全局上来逼近的数值方法,当求解问题很光滑时,谱方法求解可以指数级地很快收敛于精确解。
然后讨论了长球波函数的概念和性质,用长球波函数来做作为谱方法的基函数,有许多优点:在[—1,1]和(—∞,∞)区间上都具有正交性,随着带宽系数c的变化具有可调性,相比勒让德多项式和切比契夫多项式更加均匀,等等。在相关的数值计算中重点讨论了长球波函数,数值积分公式和微分矩阵的计算。
最后对于时间相关问题,讨论了基于长球波函数的谱方法同样具有谱精度;CFL条件对其时间步长的影响,而基于长球波函数的谱方法的空间离散格式具有拟一致性,可以减少其对时间步长的限制;并通过一些发展方程的数值实验验证了结论。