更新时间:2022-09-24 10:46
对二阶常微分方程边值问题:
(1)
。 (2)
式中,q,f 为 [a,b] 上的连续函数, 为给定常数。这是最简单的椭圆型方程边值问题。
将区间 [a,b] 分成 N 等分,分点为 ,其中 称为步长, 称为网格的节点。于是,得到区间 [a,b] 上的一个网格剖分。
现在将方程 (1) 在节点 离散化。为此,对充分光滑的解 u,由泰勒展式得
(3)
其中 表示方括号内的函数 在 点取值。于是在 可将方程 (1) 写成
(4)
其中 (5)
显然,当 h 足够小的时候, 是 h 的二阶无穷小量,若舍去 则得到逼近方程(1)的差分方程:
(6)
式中 ,称 为差分方程(6)的截断误差。利用差分算子 ,可将(4)写成形式
(7)
而在节点 处,微分方程(1)为 ,以此与(7)相减,得
(8)
所以 是用差分算子 代替微分算子 L 所引起的截断误差,它关于 h 的阶为 。
差分方程(6)当 时成立,加上边值条件 ,就得到关于 的线性代数方程组:
(9)
(10)
它的解 是 于 的近似。
称(9)、(10)为逼近 (1)、(2) 的差分方程或差分格式。
构造差分格式的方法有多种,如直接差分化、积分插值法、变分-插分法及待定系数法等。