Weryfikacja problemów z wartością własną


13

Zacznijmy od problemu formy

(L+k2)u=0

z zestawem danych warunków brzegowych ( Dirichlet , Neumann , Robin , Periodic , Bloch-Periodic ). Odpowiada to znalezieniu wartości własnych i wektorów własnych dla pewnego operatora , w pewnej geometrii i warunkach brzegowych. Problem taki można uzyskać np. W akustyce, elektromagnetyzmie, elastodynamice, mechanice kwantowej.L

Wiem, że operator może dyskretyzować, stosując różne metody, np. Metody różnic skończonych

[A]{U}=k2{U}

lub stosując metody elementów skończonych w celu uzyskania

[K]{U}=k2[M]{U}.

W jednym przypadku wystąpił problem z wartością własną, a uogólniony problem z wartością własną w drugim. Po uzyskaniu dyskretnej wersji problemu używa się solvera dla problemu wartości własnej.

Kilka myśli

  • Metoda wytworzonych rozwiązań nie jest przydatna w tym przypadku, ponieważ nie ma źródła określającego równanie.
  • [K][M]

    [∇2+ω2/c2]u(ω)=f(ω),∀ω∈[ωmin,ωmax]

    zamiast

    [∇2+k2]u=0.

    Ale to nie sprawdzi problemów solvera.

  • Być może można porównać rozwiązania dla różnych metod, takich jak FEM i FDM.

Pytanie

Jaki jest sposób weryfikacji rozwiązań (pary własne-wektor własny) dla schematów dyskretyzacji ze względu na metody numeryczne takie jak FEM i FDM dla problemów z wartością własną?


Czy możesz porównać swoje wyniki z widmami dla znanych przypadków (kwadrat, sześcian, okrąg, kula)? Oczekuje się również współczynników konwergencji dla wektorów własnych i wartości własnych w odpowiednich normach, które można sprawdzić (chociaż te współczynniki różnią się w zależności od częstotliwości - patrz journals.cambridge.org/action/… )
— Jesse Chan

Tak, możesz porównać z rozwiązaniami analitycznymi. Ale zwykle są one dostarczane w naprawdę prostych przypadkach. Pytanie dotyczy tego, jak przeprowadzić proces weryfikacji. Jeśli istnieje coś podobnego do metody produkowanych rozwiązań. Lub jeśli powinieneś połączyć tę metodę z innymi problemami z rozwiązaniami analitycznymi.
— nicoguaro

1
k,v(L+k2)v=w≠0w=fv+gv′f,gL′=L−f−g∂Lvv′powinien być liniowo niezależny i nie może zniknąć w tym samym momencie.
— Kirill,

@JesseChan, dziękuję za sugerowaną lekturę. Zajęło mi to trochę czasu, ale to przeczytałem. Nie sądzę, że dostarczają wystarczających informacji do pożądanego celu.
— nicoguaro

1
Chcę mieć pewność, że dobrze cię zrozumiałem. Czy chcesz wiedzieć, jak oszacować odległość między obliczonymi parami własnymi dla operatora dyskretnego (macierz lub macierze) a odpowiednią parą własną dla operatora gładkiego? A może chcesz teraz oszacować dokładność rozwiązania dyskretnego problemu z wartością własną?
— Carl Christian,

Odpowiedzi:


3

Zdaję sobie sprawę, że to pytanie jest stare, ale właśnie je zobaczyłem i uważam za interesujące. W przeszłości postępowałem zgodnie z sugestiami zawartymi w komentarzach do tego pytania, w połączeniu z nieco bardziej skomplikowanymi przypadkami, które znam w literaturze (Orr - Sommerfeld jest zawsze przydatny).

Jednak znam też literaturę na temat niejednorodnych problemów z wartością własną, które powstają podczas konstruowania wytworzonego rozwiązania. Dyskutuje się tutaj o takich problemach: DOI: 10.1016 . Autorzy ci sugerują również tak zwaną Metodę Wytworzonych Przekrojów (MXS, jak sądzę), aby całkowicie uniknąć tego problemu, którego nie będę w tej chwili rozumieć, ale może być bardzo przydatny.


To, co proponują jako „niejednorodny problem wartości własnych”, jest podejściem zaproponowanym w moim oryginalnym poście. Nadal jednak próbuję zrozumieć Metodę wytworzonych przekrojów.
— nicoguaro

Zdaję sobie sprawę z tego, sugerując po prostu, że istnieje pewna literatura dotycząca takich problemów, więc może nie być to ślepy zaułek, jak zasugerowałeś: „Wytworzone rozwiązania nie są przydatne w tym przypadku, ponieważ nie istnieje termin źródłowy, który równoważyłby równanie”.
— Spencer Bryngelson

To nie jest krytyka twojego postu. Wręcz przeciwnie! Właśnie komentuję to, co znalazłem po przeczytaniu odniesienia, aby promować dyskusję.
— nicoguaro

2

Dla pochodnej drugiego rzędu (i Laplaciana na prostych domenach) dostępne są wyrażenia dla dyskretnych par własnych (tj. Po dyskretyzacji). Na przykład dla różnic skończonych pary własne są tutaj wymienione .

Wyrażenie dla par własnych z dyskretyzacją elementów skończonych można znaleźć podobnie (dla dyskretyzacji P1 i P2).

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.