Loading...
 

The one-dimensional strong and weak formulation for the elliptic problem


For area \( \Omega=(0,l) \subset {\cal R} \) we are looking for a scalar field \( \ Omega \ ni x \ rightarrow u (x) \ in {\ cal R} \) which is a smooth function \( u \in C^0 \) such that \( -\left(a(x)u'(x)\right)'+b(x)u'(x)+c(x)u(x)=f(x) \textrm{ dla } x\in (0,l) \) along with the Dirichlet boundary condition \( u (0) = u_0 \) and Robin's boundary condition \( a(l)u'(l)+\beta_l u(l)=\gamma_l \) where \( u_0,\beta_l,\gamma_l \in{\cal R} \), \( \Omega \ni x \rightarrow a(x),b(x),c(x), f(x) \in {\cal R} \) are given functions \( a \in C^1, b,c,f \in C^0 \).


Introduce the function \( \tilde{u}(x) = (1-\frac{x}{l})u_0 \) such as \( \tilde{u}(0)=u_0 \).


For the area \( \ Omega = (0, l) \ subset {\ cal R } \) for which the boundary is divided into a fragment of the Dirichlet boundary in \( x = 0 \) and a fragment of the Robin boundary in \( x = l \), we are looking for a scalar field \( u \in V \) such That \( B(u,v)=L(v)-B(\hat{u},v) \quad \forall v\in V \) where \( B(u,v)=\int_0^l \left( a(x) u'(x) v'(x) +b(x)u'(x)v(x)+c(x)u(x)v(x)\right)dx + \beta u(l)v(l) \) and \( L(v)=\int_0^l f(x) v(x)dx + \gamma v(l) \) and \( \tilde{u} \) is an extension of the Dirichlet boundary condition over the entire area, and \( V=\{u\in H^1(\Omega): u(0)=0 \} \).


We multiply the strong formulation by functions from the testing space and integrate
\( -\int_0^l \left( \left(a(x)u'(x)\right)'+b(x)u'(x)+c(x)u(x)\right)v(x)dx=\int_0^l f(x)v(x)dx \quad \forall v \in V=\{u\in H^1(\Omega): u(0)=0 \} \)
We integrate the first term through parts
\( \int_0^l a(x)u'(x)v'(x)dx-a(0)u'(0)v(0)-a(l)u'(l)v(l)+\int_0^l b(x)u'(x)v(x)dx+\int_0^l c(x)u(x)v(x)dx= \\ = \int_0^l f(x)v(x)dx \quad \forall v \in L^2(0,l) \)
We use the fact that \( v \ in V \) or \( v (0) = 0 \), and substitute the boundary condition \( a (l) u '(l) + \ beta_l u ( l) = \ gamma_l \).
We mark \( B(u,v)=\int_0^l \left( a(x) u'(x) v'(x) +b(x)u'(x)v(x)+c(x)u(x)v(x)\right)dx + \beta u(l)v(l) \) and \( L(v)=\int_0^l f(x) v(x)dx + \gamma v(l) \).
We substitute \( w=u-\tilde{u} \) to get \( w(0)=0 \) and \( B(w,v)=L(v)-B(\tilde{u},v) \). For simplicity of notation instead of a symbol \( w \) we use once again the symbol \( u \).


Ostatnio zmieniona Poniedziałek 27 z Wrzesień, 2021 13:04:54 UTC Autor: Maciej Paszynski
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.