单词 | 积分方程的近似解法 |
释义 | §4 积分方程的近似解法 [对Fr方程的线性代数方程组的逼近法] Fr方程
可按形式
来逼近,其中xk(k=1,2,…,n)是区间[a,b]上n个适当选定的求积节点,常数ωk是对应的求积系数。如果要求在每点xk(k=1,2,…,n)处,(2)式两边相等,则得到关于n个未知函数y(x1),y(x2),…y(xn)的n个线性方程:
式中y(xi)(i=1,2,…n)为未知函数y(x)分别在n个点xi(i=1,2,…n)处指定的近似值。 若令 (3)可改写为
写成矩阵形式为 y=F+λKWy 或 Ay=F (4) 式中A=I-λKW,I为n阶单位矩阵,K=(Kij),W为对角线矩阵 W=éw1,w 2,L,wnû ,y=(y1,y2,L,yn)t,F=(F1,F2,L,Fn)t 例 解第二类Fr方程 解 1° 在这个特例中,积分方程可化为具端点条件y(0)=0,y(1)=1的微分方程 其精确解为 2° 用逼近法来求近似解。取n=5个等距节点: 可以算出矩阵K 为 如果采用梯形法求积,那么求积系数的对角线矩阵W为 W= é 由于l=1,则 而 解线性方程组,计算到小数点后四位得到 y1=0, y2=0.2943, y3=0.5702, y4=0.8104, y5=1 与精确解y(x)在点x=0, y1=0, y2=0.2940, y3=0.5697, y4=0.8100, y5=1 进行比较,可以看到误差程度。 上述方法显然可以用来求第一类Fr方程的近似解,以及处理特征值的问题。 应当指出,当核K(x,x)不是以分析表达式给定,而由实验数据确定时,上述方法特别有用。 [待定系数逼近法] 为了求积分方程
的解,可适当选择n个函数 其中n个系数ak(k=1,2,Ln)可以这样决定:使这个线性组合尽可能近似地满足(1),即
令 上式变成
待定系数a1,a2,L,an可由n个条件决定,方法如下: 1° 配置法 令
为决定这n个常数a1,a2,L,an,在区间[a,b]上适当选择a≤x1<x2<L<xn≤b(xi称为配置点),使 其矩阵形式为 ya =F (4) 式中y =(ψij)=(ψj(xi)),F=(F(x1),F(x2),LF(xn))τ为已知量, a =(a1,a2,L,an)t 为 未 知 量。解线性方程组(4)便得到所求的系数a1,a2,L,an。 2°权函数法 设w1(x),w2(x),L,wn(x)为区间[a,b]上n个线性无关的函数(称为权函数)。为决定系数a1,a2,L,an,可以要求(3)式两边之差 与这n个权函数正交,即使得
其矩阵形式为 Aa =b (5) 式中 为已知量, a =(a 1,a 2,L,a n)t 为未知量。解线性方程组(5)便得到所求的系数a 1,a 2,L,a n。 通常选取权函数w i(x)与近似函数j i(x)恒等比较方便,一般都取为 1,x,x2,L,xn-1 [核的逼近法] §1指出Fr方程的核可用x和ξ的一个多项式或一个更一般形式的可分离核来逼近,并用那里的方法来解所得的近似方程。 例 积分方程
中的核 可用多项式A1+A2x+A3x2或更适当的形式x(1-x)(B1+B2x+B3x2)来逼近,其中A,B为包含ξ的参数,采用权函数或配置点可决定A与B。 首先取一个粗糙的逼近形式 它在端点x=0和x=1是精确的,为决定系数B,可要求在[0,1]上核的积分等于它的近似表达式的积分,即 直接计算得 B=3ξ(1-ξ) 并把对应的近似核代入(1)导出近似积分方程
令 (2)式化为 y(x)=x+3cx(1-x) (3) 为了决定c,以x(1-x)乘上式的两边,并在[0,1]上积分,得 从此算出 更一般地,如果取近似核为 则类似地可得方程(1)的近似解
|
随便看 |
数学辞典收录了524条数学词条,基本涵盖了常用数学知识及数学英语单词词组的翻译及用法,是数学学习的有利工具。