高等数学建模题目及答案

(cosx
i
sin
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x)
(it
(
( 1) 1)
t
)
x [0,2 ], t [0,1]
IC : u(x,0) 0, BC：u(0,t) t 2, u(2 ,t) t 2
exact solution: u(x,t) t (cosx i sin x)
解题原理：
误差图：
结束~谢谢！
分数阶谱方法
1.分数阶积分/导数的定义 2.第一种形式的谱方法 3.第二种形式的谱方法 4.多区域谱方法 5.数值例子
1.分数阶积分/导数的定义
思考：
① 联想数学分析中的泰勒级数展开，对于简单函数u， 可以直接计算并讨论它的收敛性、连续性、可微性和 可积性，但对于复杂函数u，无法直接讨论它的以上 性质。解决方法是用泰勒级数逼近u，通过讨论级数 的性质代替讨论u的性质。
典型谱方法的缺点：
当解u存在奇异点时，典型谱方法在奇异点 处不收敛，这时需要加密在奇异点附近的离散点。 对于奇异解的问题，多区域谱方法可以解决。
以下介绍多区域谱方法。
4.多区域谱方法
① p-refinement (M固定，N不固定)
x∈[-1,1]，先将[-1,1]等分为M个均分小区间， 再将每个小区间分为Ni (i=1,2,...M) 个小区间，分 别求M个小区间上的求导矩阵，然后按照相应规 则组装。
5. 数值例子
例1.
0.3 , x[0,1]
C
0
Dx
u
(
x)
x1
N k 1
(1)k x2k
(2k 2 )
BC : u(0) 0
exact solution: u(x) sin(x)
解题原理：
MATLAB求解：
误差图：
例2.
i
C0Dt u(x, t)
2u( x, t ) x 2
② 同样，对于简单函数u，可以利用定义直接计算它 的分数阶积分/导数，但是对于复杂函数u，无法利用 定义求解其分数阶积分/导数。解决方法是用正交多 项式逼近u,通过求正交多项式的分数阶积分/导数代 替求u的分数阶积分/导数。
2.第一种形式的谱方法
其中，正交系数Cij的求法如下：
3.第二种形式的谱方法
② h-refinement (N固定，M不固定) x∈[-1,1]，先将[-1,1]分为M个不等小区间，每
个小区间再等分为N个均分小区间，分别求M个小 区间上的求导矩阵，然后按照相应规则组装。
p-refinement
1 2 3 4
5
1
2
3
4
5 i为M个均分的小区间, i 为小区间上的拉格朗日
插值多项式