谱配置方法也称配点法,选取节点为 Legendre 高斯节点称为 Legendre 配置方法。这里介绍两点边值问题的 Legendre 配置方法,然后 MATLAB 编程算出数值解以及误差。
两点边值问题
考虑两点边值问题:
Legendre Collocation 方法
在区间 $[-1,1]$ 上选取配置点 $\left\{x_{j}\right\}_{j=0}^{N}$ 为 Legendre-Gauss-Lobatto 节点,其中 $x_{0}=-1$,$x_{N}=1$. 以上方程的配置法 (\label{equcm})
逼近解展开
其中 $h_j$ 是 Lagrange 基多项式(也称为节点基函数),即 $h_{j} \in P_{N}$,$h_{j}(x_{k})=\delta_{k j}$,令 $D=(d_{kj}:=h_j^{\prime}(x_k))_{k,j=1,2,\cdots,N.}$. 记 $w_j=u_{N}(x_j)$, 将 $u_{N}(x)$ 展开为 $u_{N}(x)=\sum_{j=0}^{N}w_j h_j(x)$, 可知
将以上公式代入方程 (equcm) 可得
记
线性系统可以简化为
数值例子
对于前面提到的两点边值问题,取 $\nu=1$,$\mu=1, \rho=1$,如果取精确解为 $\sin (k \pi x)$,则右端项为 $f=\mu k^2 \pi^2 \sin(k\pi x)+\nu k\pi \cos(k\pi x)+\rho \sin(k\pi x)$.
1 | % LegenCM2.m |
参考书籍
- Spectral Methods: Algorithms, Analysis and Applications