Zasada maksimum dla Crank-Nicolson będzie obowiązywać, jeśli
dla timepepki odstępów między siatkamih. Ogólnie rzecz biorąc, możemy rozważyćschematθw postaci
un+1=un+μ
μ ≐ kh2)≤ 1
khθ
gdzie
Ajest standardową macierzą Laplaciana, a
0≤θ≤1. Jeśli
μ(1-2θ)≤1un + 1= un+ μ2)( ( 1 - θ ) A un+ θ A un + 1)
ZA0 ≤ θ ≤ 1 , następnie schemat jest stabilny. (Można to łatwo wykazać za pomocą technik Fouriera.) Jednak silniejszym kryterium jest to, że
μ(1-θ)≤1μ ( 1 - 2 θ ) ≤ 12) jest potrzebne, aby zasada maksymalnej wartości była ogólnie ważna.
μ ( 1 - θ ) ≤ 12)
Aby uzyskać dowód, zobacz Numeryczne rozwiązania częściowych równań różniczkowych autorstwa KW Mortona . W szczególności spójrz na sekcje 2.10 i 2.11 oraz Twierdzenie 2.2.
Jest też fajny sposób, aby przekonać się, że zasada maksimum nie będzie obowiązywać ogólnie dla Cranka-Nicolsona bez ograniczenia .μ
Rozważ równanie cieplne na z dyskretyzacją zawierającą 3 punkty, w tym granicę. Niech u k i oznacza dyskretyzację w punkcie czasowym k i punkcie siatki i . Załóżmy granicę Dirichleta, aby u k 0 = u k 2 = 0 dla wszystkich k . Następnie Crank-Nicolson zmniejsza się do
( 1 - μ[ 0 , 1 ]ukjakiuk0=uk2=0k
które można dodatkowo zredukować do
u n + 1 1 =(1-μ
(1−μ2(−2))un+11=(1+μ2(−2))un1,
un+11=(1−μ1+μ)un1.
Jeśli weźmiemy pod uwagę warunek początkowy , to mamy
u n 1 = ( 1 - μu01=1
un1=(1−μ1+μ)n,
un1≤1un1<0nμ≤1μ≤1μ
W odpowiedzi na prośbę foobarbazu dodałem szkic dowodu.
(1+2θμ)un+1j=θμ(un+1j−1+un+1j+1)+(1−θ)μ(unj−1+unj+1)+[1−2(1−θ)μ]unj
μ(1−θ)≤12
un+1jun+1j−1un+1j+1unj−1unj+1unjun+1jun+1j
(1+2θμ)un+1j>θμ(un+1j−1+un+1j+1)+(1−θ)μ(unj−1+unj+1)+[1−2(1−θ)μ]unj=(1+2θμ)un+1j
un+1ju