文档介绍:Finite Difference Methods
for Differential Equations
Randall J. LeVeque
DRAFT VERSION for use in the course
AMath 585–586
University of Washington
Version of September, 2005
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c R. J. LeVeque, 1998–2005
2
c R. J. LeVeque, 2004 — University of Washington — AMath 585–6 Notes
Contents
I Basic Text 1
1 Finite difference approximations 3
Truncation errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Deriving finite difference approximations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Polynomial interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Second order derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Higher order derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Boundary Value Problems 11
The heat equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
The steady-state problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
A simple finite difference method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Local truncation error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Global error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Consistency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .