|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Ритца и Галеркина методы | Ритца и Галеркина методы (далее Р)широко распространенные прямые методы решения главным образом вариационных задач и краевых задач математического анализа (см. Краевые задачи, Вариационное исчисление).
Метод Ритца применяется большей частью для приближенного решения вариационных задач и тех краевых задач, которые сводятся к вариационным. Пусть задан функционал (y (x)) (или более сложный функционал) и требуется найти такую функцию у (х), принимающую в точках x0 и xi заданные значения a = у (х0) и b = у (х1), на которой функционал (y (x)) будет достигать экстремума. Значения исследуемого на экстремум функционала (y (x)) рассматриваются не на всех допустимых в данной задаче функциях у (х), а лишь на всевозможных линейных комбинациях вида
с постоянными коэффициентами ai, составленных из n первых функций некоторой выбранной системы j1(x), j2(х),..., jп (х),... (от удачного выбора этой системы функций зависит эффективность применения метода к решению конкретных задач). Необходимым условием выбора системы функций j1(х) является требование, чтобы функции уп (х) удовлетворяли условиям уп (хо) = a и yn (x1) = a для всех значений параметров a1. При таком выборе функций уп (х) функционал (y (x)) превращается в функцию Ф (а1, a2,..., an) коэффициентов ai, последние выбирают так, чтобы эта функция достигала экстремума, т. е. определяют их из системы уравнений
  .
Например, пусть требуется решить задачу о минимуме интеграла
при условии y (0) = y (1) = 0. В качестве функций ji (x) можно взять xi (1 — х), тогда
 .
Если n = 2, то  . Для определения коэффициентов a1 и a2 получаем после вычислений два уравнения
 ;
 .
Решением этих уравнений являются числа a1 = 71/369 и a2 = 7/41. Следовательно,  . Полученное приближенное решение отличается от точного на величину порядка 0,001.
Найденное этим методом приближенное решение уп (х) вариационной задачи при некоторых условиях, касающихся в основном полноты системы функций ji (x), стремится к точному решению у (х), когда n ® ¥.
Метод был предложен в 1908 немецким математиком В. Ритцем (. Ritz). Теоретическое обоснование метода дано сов. математиком Н. М. Крыловым (1918).
Метод Галеркина является широким обобщением метода Ритца и применяется главным образом для приближенного решения вариационных и краевых задач, в том числе и тех, которые не сводятся к вариационным. Основная идея метода Галеркина состоит в следующем. Пусть требуется в некоторой области D найти решение дифференциального уравнения
L (u) = 0 (1)
(L — некоторый дифференциальный оператор, например по двум переменным), удовлетворяющее на границе области D однородным краевым условиям:
u = 0. (2)
Если функция u является решением уравнения (1) в области D, то функция L (u) тождественно равна нулю в этой области и, следовательно, ортогональна (см. Ортогональность) любой функции в области D. Приближенное решение уравнения (1) ищут в виде
 , (3)
где yi (x, y) (i = 1, 2,..., n) — линейно независимые функции, удовлетворяющие краевым условиям (2) и являющиеся первыми n функциями некоторой системы функций y1(x, у), y2(х, у),..., yп (х, у),..., полной в данной области. Постоянные коэффициенты ai выбирают так, чтобы функция L (un) была ортогональна в D первым n функциям системы yi (x, y):
 (4)
 .
Например, пусть в области D требуется решить уравнение Пуассона
при условии u = 0 на . Выбирая систему функций yi (x, y), ищем решение в виде (3). Система уравнений (4) для определения коэффициентов ai имеет вид:
 .
Функции yi (x, y) можно, в частности, выбирать, пользуясь следующими соображениями. Пусть w(x, y) — непрерывная функция, имеющая внутри области D непрерывные частные производные второго порядка и такая, что w(x, y) > 0 внутри D, w(x, y) = 0 на . Тогда в качестве системы функций yi (x, y) можно взять систему, составленную из произведений w(x, y) на различные степени х и y:  ,  ,  ,  , … Например, если границей области D является окружность радиуса R с центром в начале координат, то можно положить w(x, y) = R2 — x2 — y2.
Метод Галеркина применяется при решении широкого класса задач; более общая его формулировка дается в терминах функционального анализа для решения уравнений вида — f = 0, где А — линейный оператор, определенный на линеале, плотном в некотором гильбертовом пространстве , u — искомый и f — заданный элементы пространства .
Метод получил распространение после исследований Б. Г. Галеркина (1915); ранее (1913) он применялся для решения конкретных задач теории упругости И. Г. Бубновым, в связи с чем иногда именуется методом Бубнова — Галеркина. Теоретическое обоснование метода принадлежит М. В. Келдышу (1942).
Лит.: Галеркин Б. Г., Стержни и пластинки. Ряды в некоторых вопросах упругого равновесия стержней и пластинок, "Вестник инженеров", 1915, т. 1, № 19, с. 897—908; Михлин С. Г., Вариационные методы в математической физике, 2 изд., М. — Л., 1970; Канторович Л. В. и Крылов В. И., Приближенные методы высшего анализа, 5 изд., Л. — М., 1962; Ritz ., Neue Methode zur Lösung gewisser Randwertaufgaben, "Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen. Math.-physik. Klasse. Nachrichten", Göttingen, 1908; его же, Über еще neue Methode zur Lösung gewisser Variationsprobleme der mathematischen Physik, "Journal für die reine und angewandte Mathematik", 1909, Bd 135.
В. Г. Карманов.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 22.12.2024 23:58:35
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
