右侧仅在时的有限元方法的收敛性(泊松方程)


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我知道分段线性有限元逼近 uh

Δu(x)=f(x)in Uu(x)=0on U
满足
uuhH01(U)ChfL2(U)
假设足够光滑并且。UfL2(U)

问题:如果,我们是否有以下类似的估计,其中两侧都取了一个导数: fH1(U)L2(U)

uuhL2(U)ChfH1个(ü

你能提供参考吗?

思想:由于我们仍有,因此应该有可能在获得收敛。直观地讲,这甚至可以使用分段常数函数。üH01个ü大号2ü


我认为你得到 ü-üH0CHü-üH1个 从标准的尼采技巧 üH1个。您可以在Braess-有限元素中找到它。
knl

Answers:


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是的,这是标准的Aubin-Nitsche(或对偶性)技巧。这个想法是利用事实L2 是它自己的双重空间来写 L2-norm作为运算符规范

uL2=supϕL2{0}(u,ϕ)ϕL2.
因此,我们必须估计 (uuh,ϕ) 对于任意 ϕL2。为此,我们“提起”uuhH01 首先考虑任意 ϕL2 解决方案 wϕH01 对偶问题
(1)(wϕ,v)=(ϕ,v)for all vH01.
使用泊松方程的标准正则性,我们知道
wϕH2CϕL2.

插入 v=uuhH01(1) 并对任何有限元(在您的情况下为分段线性)函数使用Galerkin正交性 wh 得出估计

(ϕ,uuh)=(wϕ,(uuh))=(wϕwh,(uuh))CuuhH1wϕwhH1.
因为这适用于所有人 wh,如果我们对所有分段线性进行最小化,则不等式仍然成立 wh。因此,我们获得
(2)uuhL2=supϕL2{0}(uuh,ϕ)ϕL2CuuhH1supϕL2{0}infwhwϕwhH1ϕL2.
这就是Aubin-Nitsche-Lemma

下一步是将标准误差估计用于Poisson方程解的最佳有限元逼近。以来u 只在 H1,我们没有比这更好的估计

(3)uuhH1infvhuvhH1cuH1CfH1.
但幸运的是,我们可以利用以下事实 wϕ 右手边有较高的规律性 ϕL2 代替 H1。在这种情况下,我们有
(4)infwhwϕwhH1chwϕH2ChϕL2
插入 (3)(4) 进入 (2) 现在得出所需的估计值。

(请注意,标准估算要求多项式 k 有限元近似和Sobolev指数 m 真正的解决方案满足 m<k+1,因此该参数不适用于分段常量(k=0)近似值。我们也用过uuhH01-即我们有一个符合的近似-对于分段常数不是正确的。)

由于您要求参考:您可以找到一条语句(即使对于负Sobolev空间也是如此) Hs 代替 L2)中的定理5.8.3(与定理5.4.8一起)

苏珊C.布伦纳和L.李奇微斯科特,MR 2373954 的有限元方法的数学理论文本应用数学 ISBN:978-0-387-75933-3。


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我要利用我们闪亮的新引文功能:)
Christian Clason

感谢您的回答,但连续函数未嵌入其中 H01个是吗
Bananach

是的,对不起,我在那儿抚摸着-它们很密集,但没有嵌入。对偶参数的工作原理相同,但(仅适用于H01个H-1个直)。我将相应地编辑答案。
Christian Clason

感谢您的广泛更新。而要找到另一个闪亮的引文
-Bananach

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@Praveen我认为您不需要任何理论。简单选择vH恒定为零。
Bananach
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