-convergence de la méthode des éléments finis lorsque le côté droit est uniquement en(éqn de Poisson)


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Je sais que l'approximation par éléments finis linéaire par morceaux uh de

Δu(x)=f(x)in Uu(x)=0on ∂U
U f ∈ L 2 ( U )
‖u−uh‖H01(U)≤Ch‖f‖L2(U)
Uf∈L2(U)

Question: Si , avons-nous l'estimation analogue suivante, dans laquelle une dérivée est supprimée des deux côtés: ‖ u - u h ‖ L 2 ( U ) ≤ C h ‖ f ‖ H - 1 ( U )f∈H−1(U)∖L2(U)

‖u−uh‖L2(U)≤Ch‖f‖H−1(U)?

pouvez vous fournir des références?

Réflexions: Puisque nous avons encore , il devrait être possible d'obtenir une convergence dans . Intuitivement, cela devrait même être possible avec des fonctions constantes par morceaux.L 2 ( U )u∈H01(U)L2(U)


Je pense que vous obtenez de l'astuce Nitsche standard même pour . Vous pouvez le trouver par exemple dans Braess - Éléments finis. u ∈ H 1‖u−uh‖0≤Ch‖u−uh‖1u∈H1
— knl

Réponses:


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L2L2(u-uh,ϕ)ϕ∈L2u-uhH 1 0 ϕ∈L2wϕ∈H 1 0 ( ∇ w ϕ , ∇ v ) = ( ϕ , v )

‖u‖L2=supϕ∈L2∖{0}(u,ϕ)‖ϕ‖L2.
(u−uh,ϕ)ϕ∈L2u−uhH01ϕ∈L2wϕ∈H01
(1)(∇wϕ,∇v)=(ϕ,v)for all v∈H01.
En utilisant la régularité standard de l'équation de Poisson, nous savons que
‖wϕ‖H2≤C‖ϕ‖L2.

L'insertion de dans et l'utilisation de l'orthogonalité de Galerkin pour tout élément fini (dans votre cas, linéaire par morceaux) avec fonction donne l'estimation Comme cela vaut pour tout , l'inégalité est toujours vraie si nous prenons l'infimum sur tout linéaire par morceaux . On obtient donc (1) w h ( ϕ , u - u h )v=u−uh∈H01(1)whwhwh ‖ u - u h ‖ L 2 = sup ϕ ∈ L 2 ∖ { 0 } ( u - u h , ϕ )

(ϕ,u−uh)=(∇wϕ,∇(u−uh))=(∇wϕ−∇wh,∇(u−uh))≤C‖u−uh‖H1‖wϕ−wh‖H1.
whwh
(2)‖u−uh‖L2=supϕ∈L2∖{0}(u−uh,ϕ)‖ϕ‖L2≤C‖u−uh‖H1supϕ∈L2∖{0}infwh‖wϕ−wh‖H1‖ϕ‖L2.
C'est le Aubin-Nitsche-Lemma .

L'étape suivante consiste maintenant à utiliser des estimations d'erreur standard pour la meilleure approximation par éléments finis des solutions à l'équation de Poisson. Puisque n'est que dans , nous n'obtenons pas une meilleure estimation que Mais heureusement, nous pouvons utiliser le fait que a une régularité plus élevée depuis le côté droit au lieu de . Dans ce cas, nous avons Insertion de et dansuH1

(3)‖u−uh‖H1≤infvh‖u−vh‖H1≤c‖u‖H1≤C‖f‖H−1.
wϕϕ∈L2H−1 (3)(4)(2)
(4)infwh‖wϕ−wh‖H1≤ch‖wϕ‖H2≤Ch‖ϕ‖L2
(3)(4)(2) donne maintenant l'estimation souhaitée.

(Notez que les estimations standard nécessitent que le degré polynomial de l'approximation des éléments finis et l'exposant de Sobolev de la vraie solution satisfassent , donc cet argument ne fonctionne pas pour une approximation constante par morceaux ( ). Nous avons également utilisé - c'est-à-dire que nous avons une approximation conforme - ce qui n'est pas vrai pour les constantes par morceaux.)m m < k + 1 k = 0 u - u h ∈ H 1 0kmm<k+1k=0u−uh∈H01

Puisque vous avez demandé une référence: vous pouvez trouver une déclaration (même pour les espaces de Sobolev négatifs au lieu de ) dans le théorème 5.8.3 (avec le théorème 5.4.8) dans L 2H−sL2

Susanne C. Brenner et L. Ridgway Scott , MR 2373954 La théorie mathématique des méthodes des éléments finis , Textes en mathématiques appliquées ISBN: 978-0-387-75933-3.


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Et je peux utiliser notre nouvelle fonctionnalité de citation brillante :)
— Christian Clason

H01

H01H−1

Merci pour la mise à jour complète. Et pour avoir trouvé une autre citation brillante
— Bananach

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vh
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