拋物型方程的一個(gè)新的數(shù)值格式

王自強(qiáng)(貴州民族大學(xué) 理學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

在滲流、熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散等領(lǐng)域中常常會(huì)遇到求解拋物型方程的問題，對(duì)這一類方程的數(shù)值求解一直是科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)問題之一，如文獻(xiàn)[1-5]。本文考慮如下一維拋物型方程：

滿足下列初值條件：

求解上述拋物型問題，方法很多，典型的方法有：有限差分法，有限元法，譜方法，譜元法，無網(wǎng)格法，有限體積法等。本文利用半步長格式和交替方向法構(gòu)造了一個(gè)數(shù)值格式，理論分析證明該格式是絕對(duì)穩(wěn)定的。

1 差分格式的構(gòu)造

在上述七個(gè)節(jié)點(diǎn)上u的值在節(jié)點(diǎn)（jh，nΔt）處做Taylor展開，便得到式（1）的差分格式，格式分兩塊，如下：

其中j=1,2，…，M，容易驗(yàn)證，格式(4)和格式(5)的截?cái)嗾`差均為：O（τ+h2）。 令為網(wǎng)比，由此得到(4)和(5)的差分方程組的矩陣形式如下∶

系數(shù)矩陣A，C和右端向量吧b，d如下：

2 穩(wěn)定性分析

引理 1(胡家贛引理)設(shè)M=（mij）為 n×n 矩陣，N=（nij）為 n×m 矩陣，且M為嚴(yán)格對(duì)角占優(yōu)矩陣，則：

定理1由格式(4)和格式(5)構(gòu)成的差分格式是絕對(duì)穩(wěn)定的。

證明：對(duì)格式(4)和格式(5)的矩陣形式(6)和(7)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，先分析格式(6)，對(duì)于系數(shù)矩陣A，由于：

因而，由（4）和（5）構(gòu)成的差分格式是絕對(duì)穩(wěn)定，定理證畢。

［1］袁光偉,岳晶巖,盛志強(qiáng),等.非線性拋物型方程計(jì)算方法[J].中國科學(xué)∶數(shù)學(xué),2013(3)∶235-248.

［2］詹涌強(qiáng),譚志明.求解拋物型方程的一個(gè)高精度隱格式[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)∶自然科學(xué)版,2013,11∶12.

［3］詹涌強(qiáng),張傳林.解拋物型方程的一個(gè)新的高精度隱格式[J].華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)∶自然科學(xué)版,2014,48(2)∶168∶171.

［4］王自強(qiáng),曹俊英,宋士倉.半線性拋物型方程改進(jìn)全離散雙尺度有限元分析[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)∶自然科學(xué)版,2010,38(1)∶41-43.

［5］曹俊英,王自強(qiáng),復(fù)合材料板熱傳導(dǎo)問題的二階雙尺度算法[J].貴州科學(xué)2014,32(3)∶17-20.

［6］Hu Jiagan.The estimates ofand the optimally scaled matrix[J].Journal of Computational Mathematics,1984,2∶122-129.