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弱有限元方法


作者:
张然、王军平
定价:
78.00 元
版面字数:
440.00千字
开本:
16开
装帧形式:
精装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2026年
ISBN:
978-7-04-066396-9
物料号:
66396-00
出版时间:
2026-07-30
读者对象:
高等教育
一级分类:
数学与统计学类
二级分类:
数学与应用数学专业课
三级分类:
其他课程

本书系统介绍了弱有限元方法的基本原理、数值格式构造、理论分析框架及其在各类偏微分方程数值求解中的应用,旨在帮助读者全面理解弱有限元方法的理论与算法精髓,并掌握其在复杂科学与工程计算中的实际应用。

全书以Poisson方程这一经典数学模型为起点,循序渐进地阐述弱有限元方法的核心思想与发展脉络。书中内容涵盖弱有限元方法的完整理论体系,包括必要的数学预备知识(如Sobolev空间与Lax-Milgram定理)、形状正则剖分、广义弱微分及其离散、数值解误差分析及常用不等式等。随后,作者将该方法系统应用于多种典型偏微分方程模型,如变系数二阶椭圆方程、Stokes方程、线弹性方程、双调和方程、抛物方程、特征值问题以及散度-旋度等问题,并进一步探讨了原始-对偶弱有限元方法与弱微分算子的自稳定性等课题。

本书内容由浅入深,理论分析与算法设计并重,既可作为研究生学习有限元理论与数值分析的教学用书,也可供从事科学与工程计算的研究人员参考。

  • 前辅文
  • 第一章 预备知识
    • 1.1 赋范线性空间
      • 1.1.1 Banach空间
      • 1.1.2 Hilbert空间
      • 1.1.3 Lax-Milgram定理
    • 1.2 Sobolev空间
      • 1.2.1 广义函数
      • 1.2.2 Sobolev空间
      • 1.2.3 Sobolev不等式
    • 1.3 有限元方法
      • 1.3.1 一维有限元空间
      • 1.3.2 二维有限元空间
      • 1.3.3 Cea引理
      • 1.3.4 一维有限元方法的收敛性
      • 1.3.5 二维有限元方法的收敛性
      • 1.3.6 离散 Sobolev不等式
  • 第二章 弱有限元方法
    • 2.1 基本原理
    • 2.2 形状正则剖分
    • 2.3 广义弱微分及其离散
    • 2.4 弱有限元数值格式
    • 2.5 常用不等式
      • 2.5.1 迹不等式
      • 2.5.2 逆不等式
      • 2.5.3 L2投影误差估计
      • 2.5.4 离散Poincaré不等式
    • 2.6 投影算子与等价范数
    • 2.7 误差估计
      • 2.7.1 H1误差估计
      • 2.7.2 L2误差估计
    • 2.8 局部质量守恒性
    • 2.9 关于广义弱微分和弱函数
    • 2.10 本章小结
  • 第三章 变系数二阶椭圆方程
    • 3.1 数值格式
    • 3.2 稳定性
    • 3.3 误差方程
    • 3.4 H1误差估计
    • 3.5 L2误差估计
    • 3.6 本章小结
  • 第四章 二阶椭圆方程的混合形式
    • 4.1 混合变分形式
    • 4.2 离散弱散度
    • 4.3 混合弱有限元格式
    • 4.4 稳定性
    • 4.5 杂交混合弱有限元方法
      • 4.5.1 杂交混合弱有限元格式
      • 4.5.2 简化杂交混合弱有限元格式
    • 4.6 误差方程
    • 4.7 H1误差估计
    • 4.8 L2误差估计
    • 4.9 本章小结
  • 第五章 Stokes方程
    • 5.1 变分形式
    • 5.2 弱有限元格式
    • 5.3 适定性
    • 5.4 误差方程
    • 5.5 H1误差估计
    • 5.6 L2误差估计
    • 5.7 本章小结
  • 第六章 Stokes方程的压力梯度格式
    • 6.1 基于压力梯度的变分形式
    • 6.2 弱有限元格式
    • 6.3 适定性
    • 6.4 误差方程
    • 6.5 H1误差估计
    • 6.6 L2误差估计
    • 6.7 本章小结
  • 第七章 线弹性方程
    • 7.1 模型问题
    • 7.2 Korn不等式
    • 7.3 弱有限元格式
    • 7.4 解的存在与唯一性
    • 7.5 混合格式及等价性
    • 7.6 投影算子及其性质
    • 7.7 稳定性条件
    • 7.8 误差方程
    • 7.9 H1误差估计
    • 7.10 L2误差估计
    • 7.11 “无闭锁”性分析
    • 7.12 本章小结
  • 第八章 双调和方程
    • 8.1 离散二阶弱微分
    • 8.2 弱有限元数值格式
    • 8.3 适定性
    • 8.4 投影算子及其性质
    • 8.5 H2误差估计
    • 8.6 L2误差估计
    • 8.7 本章小结
  • 第九章 抛物方程
    • 9.1 弱有限元数值格式
    • 9.2 数值解的稳定性
    • 9.3 误差估计
      • 9.3.1 半离散格式的误差分析
      • 9.3.2 全离散格式的误差分析
    • 9.4 L2和离散 H1最优阶误差估计
      • 9.4.1 半离散格式的最优阶误差估计
      • 9.4.2 全离散格式的最优阶误差估计
    • 9.5 时间隐格式的全离散格式
    • 9.6 本章小结
  • 第十章 特征值问题
    • 10.1 Laplace特征值问题
    • 10.2 弱有限元格式
    • 10.3 源问题的误差估计
      • 10.3.1 Poisson方程的弱有限元方法
      • 10.3.2 误差方程
      • 10.3.3 误差估计
    • 10.4 特征值问题的误差估计
    • 10.5 下界估计
    • 10.6 本章小结
  • 第十一章 原始-对偶弱有限元方法
    • 11.1 抽象框架
    • 11.2 一维特例
    • 11.3 Poisson方程的原始-对偶格式
    • 11.4 数值格式
    • 11.5 数值解的存在唯一性
    • 11.6 误差方程
    • 11.7 误差估计
    • 11.8 对偶变量的误差估计
    • 11.9 本章小结
  • 第十二章 非散度型二阶椭圆问题
    • 12.1 原始-对偶数值格式
    • 12.2 解的存在唯一性
    • 12.3 误差方程与H2误差估计
    • 12.4 L2与H1误差估计
    • 12.5 本章小结
  • 第十三章 线性对流问题
    • 13.1 变分问题
    • 13.2 数值格式
    • 13.3 解的存在唯一性
    • 13.4 误差方程
    • 13.5 误差估计
      • 13.5.1 残差估计
      • 13.5.2 L2与拟H1误差估计
    • 13.6 本章小结
  • 第十四章 散度-旋度问题
    • 14.1 法向边值模型问题
    • 14.2 Helmholtz分解
    • 14.3 变分形式
    • 14.4 数值格式
    • 14.5 数值格式的适定性
    • 14.6 数值解的存在与唯一性
    • 14.7 误差方程
    • 14.8 误差估计
    • 14.9 近似法向调和场
    • 14.10 本章小结
  • 第十五章 弱微分算子的自稳定性
    • 15.1 自稳定性
    • 15.2 数值格式及其适定性
    • 15.3 误差估计
    • 15.4 本章小结
  • 参考文献

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