ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC -------------------------------

PHAN QUANG SƠN

BÀI TOÁN BIÊN TAM ĐIỀU HÒA PHI TUYẾN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI SỐ

Chuyên ngành: Toán ứng dụng Mã số : 8 46 01 12

LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Vũ Vinh Quang

THÁI NGUYÊN - 2020

M(cid:246)c l(cid:246)c

L(cid:237)i c£m (cid:236)n 3

L(cid:237)i cam (cid:31)oan 4

M(cid:240) (cid:31)ƒu 5

8 1 Mºt sŁ ki‚n thøc c(cid:236) b£n

8 1.1 Mºt sŁ kh(cid:230)ng gian h(cid:160)m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 1.1.1 Kh(cid:230)ng gian m¶tric . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 1.1.2 Kh(cid:230)ng gian tuy‚n tuy‚n t‰nh (cid:31)(cid:224)nh chu'n . . . . . . .

1.1.3 Kh(cid:230)ng gian t‰ch v(cid:230) h(cid:247)(cid:238)ng . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2 L(cid:254) thuy‚t v• ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.1 C(cid:230)ng thøc Taylor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.2 C¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n v(cid:160) (cid:31)⁄o h(cid:160)m v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh

x¡c c§p hai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2.3 C¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n v(cid:160) (cid:31)⁄o h(cid:160)m v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh

x¡c c§p bŁn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p gi£i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n 20

2.1 B(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n Dirichlet . . . 20

2.1.1 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n thuƒn nh§t . . . . . 21

2.1.2 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n kh(cid:230)ng thuƒn nh§t . 28

1

2.2 B(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n hØn hæp . . . 31

3 Mºt sŁ k‚t qu£ t‰nh to¡n thß nghi»m 35

3.1 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n thuƒn nh§t . . . . . . . . . 35

3.2 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n kh(cid:230)ng thuƒn nh§t . . . . . 37

3.3 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n hØn hæp . . . . . . . . . . 39

K‚t lu“n 41

2

Appendices 45

L(cid:237)i c£m (cid:236)n

Lu“n v«n n(cid:160)y (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c hi»n t⁄i Tr(cid:247)(cid:237)ng (cid:30)⁄i h(cid:229)c Khoa h(cid:229)c - (cid:30)⁄i h(cid:229)c

Th¡i nguy¶n v(cid:160) ho(cid:160)n th(cid:160)nh d(cid:247)(cid:238)i s(cid:252) h(cid:247)(cid:238)ng d¤n cıa TS V(cid:244) Vinh Quang.

Em xin (cid:31)(cid:247)æc b(cid:160)y t(cid:228) lÆng bi‚t (cid:236)n ch¥n th(cid:160)nh v(cid:160) s¥u s›c t(cid:238)i ng(cid:247)(cid:237)i h(cid:247)(cid:238)ng

d¤n khoa h(cid:229)c cıa m…nh, ng(cid:247)(cid:237)i (cid:31)¢ (cid:31)(cid:176)t v§n (cid:31)• nghi¶n cøu, d(cid:160)nh nhi•u th(cid:237)i

gian h(cid:247)(cid:238)ng d¤n v(cid:160) t“n t…nh gi£i (cid:31)¡p nhœng th›c m›c cıa em trong suŁt

qu¡ tr…nh l(cid:160)m lu“n v«n.

Em c(cid:244)ng xin tr¥n tr(cid:229)ng c£m (cid:236)n Ban Gi¡m hi»u Tr(cid:247)(cid:237)ng (cid:30)⁄i h(cid:229)c

Khoa h(cid:229)c - (cid:30)⁄i h(cid:229)c Th¡i nguy¶n, Ban Chı nhi»m Khoa To¡n-Tin, c(cid:242)ng

c¡c gi£ng vi¶n (cid:31)¢ tham gia gi£ng d⁄y, (cid:31)¢ t⁄o m(cid:229)i (cid:31)i•u ki»n tŁt nh§t (cid:31)” em

h(cid:229)c t“p v(cid:160) nghi¶n cøu. (cid:30)(cid:231)ng th(cid:237)i, em c(cid:244)ng xin gßi l(cid:237)i c£m (cid:236)n t(cid:238)i t“p th”

l(cid:238)p cao h(cid:229)c To¡n (kh(cid:226)a 2018-2020), c£m (cid:236)n gia (cid:31)…nh b⁄n b– (cid:31)¢ (cid:31)ºng vi¶n

3

v(cid:160) gi(cid:243)p (cid:31)(cid:239) em r§t nhi•u trong qu¡ tr…nh h(cid:229)c t“p.

L(cid:237)i cam (cid:31)oan

Lu“n v«n n(cid:160)y (cid:31)(cid:247)æc ho(cid:160)n th(cid:160)nh d(cid:247)(cid:238)i s(cid:252) h(cid:247)(cid:238)ng d¤n t“n t…nh cıa thƒy

gi¡o TS V(cid:244) Vinh Quang c(cid:242)ng v(cid:238)i s(cid:252) cŁ g›ng cıa b£n th¥n. Trong qu¡

tr…nh nghi¶n cøu lu“n v«n, t(cid:230)i (cid:31)¢ k‚ thła nhœng th(cid:160)nh qu£ nghi¶n cøu cıa

c¡c nh(cid:160) khoa h(cid:229)c, c¡c nh(cid:160) nghi¶n cøu v(cid:238)i s(cid:252) tr¥n tr(cid:229)ng v(cid:160) bi‚t (cid:236)n.

T(cid:230)i xin cam (cid:31)oan nhœng k‚t qu£ trong lu“n v«n n(cid:160)y l(cid:160) k‚t qu£ nghi¶n

cøu cıa b£n th¥n, kh(cid:230)ng tr(cid:242)ng v(cid:238)i lu“n v«n cıa t¡c gi£ kh¡c.

Th¡i Nguy¶n, ng(cid:160)y th¡ng n«m 2020

4

T¡c gi£

M(cid:240) (cid:31)ƒu

Mºt sŁ b(cid:160)i to¡n trong c(cid:236) h(cid:229)c c¡c m(cid:230)i tr(cid:247)(cid:237)ng li¶n t(cid:246)c nh(cid:247) c¡c b(cid:160)i

to¡n nghi¶n cøu v• truy•n nhi»t, c¡c b(cid:160)i to¡n v• l(cid:254) thuy‚t dao (cid:31)ºng qua

m(cid:230) h…nh h(cid:226)a (cid:31)•u (cid:31)(cid:247)a v• c¡c b(cid:160)i to¡n bi¶n cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh elliptic c§p

cao v(cid:160) (cid:31)i”n h…nh l(cid:160) c§p bŁn v(cid:160) c§p s¡u. Trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp khi m(cid:230)i tr(cid:247)(cid:237)ng

l(cid:160) thuƒn nh§t v(cid:160) (cid:31)i•u ki»n bi¶n b…nh th(cid:247)(cid:237)ng th… vi»c t…m nghi»m cıa b(cid:160)i

to¡n c(cid:226) th” (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c hi»n th(cid:230)ng qua c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p gi£i t‰ch nh(cid:247) c¡c

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p t¡ch bi‚n, ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p h(cid:160)m Green ho(cid:176)c c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p

t…m nghi»m x§p x¿ nh(cid:247) c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n hay ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p phƒn

tß hœu h⁄n. Tuy nhi¶n khi v‚ ph£i cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh l(cid:160) h(cid:160)m phi tuy‚n

(cid:31)Łi v(cid:238)i h(cid:160)m v(cid:160) c¡c (cid:31)⁄o h(cid:160)m cıa h(cid:160)m cƒn t…m ho(cid:176)c h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n cıa

b(cid:160)i to¡n l(cid:160) phøc t⁄p th… c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p tr¶n g(cid:176)p kh(cid:226) kh«n. Khi (cid:31)(cid:226) (cid:31)”

gi£i quy‚t, ng(cid:247)(cid:237)i ta th(cid:247)(cid:237)ng sß d(cid:246)ng c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p tr¶n c(cid:236) s(cid:240) cıa

ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh to¡n tß k‚t hæp v(cid:238)i ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n (cid:31)” t…m nghi»m

x§p x¿ th(cid:230)ng qua c¡c thu“t to¡n sŁ.

Trong c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh c§p cao th… ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh th(cid:230)ng d(cid:246)ng nh§t

l(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh song (cid:31)i•u hÆa (mºt lo⁄i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh c§p bŁn), (cid:31)¥y l(cid:160)

m(cid:230) h…nh c(cid:236) b£n trong l(cid:254) thuy‚t (cid:31)(cid:160)n h(cid:231)i phflng, l(cid:254) thuy‚t b£n m(cid:228)ng, l(cid:254)

thuy‚t dÆng ch£y v(cid:160) gƒn (cid:31)¥y ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh c§p bŁn cÆn xu§t hi»n trong

ph¥n t‰ch £nh v(cid:160) thi‚t k‚ h…nh h(cid:229)c. Lo⁄i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh n(cid:160)y (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc nghi¶n

cøu nhi•u k” c£ v• l(cid:254) thuy‚t v(cid:160) c¡c thu“t to¡n t‰nh to¡n b‹ng sŁ. Gƒn (cid:31)¥y,

do nhu cƒu ph¡t tri”n cıa khoa h(cid:229)c v(cid:160) c(cid:230)ng ngh» ng(cid:247)(cid:237)i ta b›t (cid:31)ƒu quan

5

t¥m (cid:31)‚n ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh c§p s¡u m(cid:160) ti¶u bi”u l(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tam (cid:31)i•u hÆa

(triharmonic equation) d⁄ng ∆3u = f (x). Trong (cid:31)(cid:226), ∆ l(cid:160) to¡n tß Laplace

trong kh(cid:230)ng gian 2 ho(cid:176)c 3 chi•u. Ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh n(cid:160)y l(cid:160) m(cid:230) h…nh cıa pha

tinh th”, hay l(cid:160) m(cid:230) h…nh h(cid:226)a dÆng ch£y quay ch“m cıa ch§t l(cid:228)ng nh(cid:238)t cao

v(cid:160) l(cid:160) c(cid:230)ng c(cid:246) quan tr(cid:229)ng trong m(cid:230) h…nh h(cid:226)a h…nh h(cid:229)c.

Do ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tam (cid:31)i•u hÆa c(cid:226) nhi•u øng d(cid:246)ng trong th(cid:252)c t‚

n¶n ng(cid:247)(cid:237)i ta quan t¥m nhi•u (cid:31)‚n ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p gi£i c¡c b(cid:160)i to¡n bi¶n cho

ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh n(cid:160)y v(cid:238)i gi£ thi‚t r‹ng b(cid:160)i to¡n c(cid:226) nghi»m duy nh§t v(cid:160) (cid:31)ı

tr(cid:236)n. C(cid:226) th” k” (cid:31)‚n (cid:31)(cid:226)ng g(cid:226)p cıa Nudi v(cid:160) Neilan, (cid:240) (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p phƒn

tß hœu h⁄n (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc sß d(cid:246)ng. C¡c nghi¶n cøu v• vi»c gi£i ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tam

(cid:31)i•u hÆa tuy‚n t‰nh ho(cid:176)c phi tuy‚n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n u = g1, ∆u = g2, ∆2u = g3 b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n thuºc v• Mohanty v(cid:160) c¡c cºng s(cid:252).

Trong c¡c c(cid:230)ng tr…nh n(cid:160)y, c¡c t¡c gi£ (cid:31)¢ x¥y d(cid:252)ng c¡c l(cid:247)æc (cid:31)(cid:231) sai ph¥n

v(cid:238)i (cid:31)º (cid:31)(cid:243)ng c§p hai ho(cid:176)c c§p bŁn (cid:31)” t…m nghi»m nh(cid:247)ng vi»c gi£i c¡c h»

ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh r(cid:237)i r⁄c thu (cid:31)(cid:247)æc kh(cid:230)ng (cid:31)(cid:247)æc quan t¥m.

T⁄i Vi»t Nam, ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh c§p cao (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc t¡c gi£ (cid:30)(cid:176)ng Q. (cid:129) c(cid:242)ng

c¡c cºng s(cid:252) quan t¥m tł h(cid:236)n hai ch(cid:246)c n«m nay. N«m 2006, trong [1] t¡c

gi£ (cid:31)¢ (cid:31)• xu§t mºt c¡ch ti‚p c“n ho(cid:160)n to(cid:160)n kh¡c v(cid:238)i c¡c t¡c gi£ tr¶n khi

nghi¶n cøu v• ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh song (cid:31)i•u hÆa tuy‚n t‰nh v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n

Neumann. Theo c¡ch ti‚p c“n n(cid:160)y t¡c gi£ (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)a b(cid:160)i to¡n bi¶n cƒn nghi¶n

cøu v• mºt ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh to¡n tß v(cid:160) sau (cid:31)(cid:226) chøng minh to¡n tß n(cid:160)y l(cid:160)

mºt ¡nh x⁄ co, tł (cid:31)(cid:226) thu (cid:31)(cid:247)æc k‚t qu£ v• s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m cıa

b(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:160) t‰nh hºi t(cid:246) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p gi£i b(cid:160)i to¡n c(cid:244)ng (cid:31)(cid:247)æc

thi‚t l“p. Ti‚p t(cid:246)c ph¡t tri”n ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p n(cid:160)y, t¡c gi£ v(cid:160) c¡c cºng s(cid:252) (cid:31)¢

nghi¶n cøu ti‚p v• c¡c b(cid:160)i to¡n bi¶n phi tuy‚n c§p bŁn cho ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh

(cid:31)⁄o h(cid:160)m th(cid:247)(cid:237)ng v(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (cid:31)⁄o h(cid:160)m ri¶ng v(cid:160) (cid:31)¢ thu (cid:31)(cid:247)æc nhi•u k‚t

qu£ v• (cid:31)(cid:224)nh t‰nh c(cid:244)ng nh(cid:247) (cid:31)(cid:224)nh l(cid:247)æng [2,3,4,5]. Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p n(cid:160)y (cid:31)(cid:247)æc c¡c

nh(cid:160) nghi¶n cøu (cid:31)¡nh gi¡ cao, (cid:31)(cid:247)æc tr‰ch d¤n nhi•u v(cid:160) sß d(cid:246)ng khi nghi¶n

cøu v• c¡c lo⁄i b(cid:160)i to¡n bi¶n phi tuy‚n.

6

Nºi dung ch‰nh cıa lu“n v«n s‡ tr…nh b(cid:160)y c¡c ki‚n thøc c(cid:236) b£n v•

c(cid:236) s(cid:240) c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p trong kh(cid:230)ng gian metric, c¡c l(cid:247)æc (cid:31)(cid:231) sai ph¥n

v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c cao t…m nghi»m x§p x¿ cıa c¡c h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai

ph¥n, tł (cid:31)(cid:226) (cid:31)(cid:247)a ra mºt sŁ k‚t qu£ trong c¡c nghi¶n cøu v• (cid:31)(cid:224)nh t‰nh c(cid:244)ng

nh(cid:247) l(cid:237)i gi£i sŁ cho b(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa. Lu“n v«n d(cid:252) ki‚n c(cid:226) bŁ

(cid:136) Ch(cid:247)(cid:236)ng 1 : (cid:30)(cid:247)a ra mºt sŁ ki‚n thøc c(cid:236) b£n v• c¡c kh(cid:230)ng gian h(cid:160)m nh(cid:247)

c(cid:246)c nh(cid:247) sau.

kh(cid:230)ng gian Metric, kh(cid:230)ng gian tuy‚n t‰nh (cid:31)(cid:224)nh chu'n nguy¶n l(cid:254) ¡nh

x⁄ co, (cid:31)i•u ki»n Lipchitz. C(cid:236) s(cid:240) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sŁ gi£i b(cid:160)i to¡n elliptic

c§p hai nh(cid:247) kh¡i ni»m v• kh(cid:230)ng gian l(cid:247)(cid:238)i v(cid:160) h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i, thu“t to¡n thu

g(cid:229)n khŁi l(cid:247)æng t‰nh to¡n, gi(cid:238)i thi»u th(cid:247) vi»n RC2009 v(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p

(cid:136) Ch(cid:247)(cid:236)ng 2 : Tr…nh b(cid:160)y m(cid:230) h…nh b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n v(cid:160)

sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c cao.

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p gi£i sŁ bao g(cid:231)m: m(cid:230) h…nh tŒng qu¡t cıa b(cid:160)i to¡n, s(cid:252) t(cid:231)n

t⁄i duy nh§t nghi»m, ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n thuƒn nh§t,

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p møc (cid:31)º li¶n t(cid:246)c, s(cid:252) hºi t(cid:246) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p, ph(cid:247)(cid:236)ng

ph¡p l(cid:176)p (cid:240) møc (cid:31)º r(cid:237)i r⁄c tł (cid:31)(cid:226) (cid:31)(cid:247)a ra ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i

(cid:136) Ch(cid:247)(cid:236)ng 3 : (cid:30)(cid:247)a ra mºt sŁ k‚t qu£ th(cid:252)c nghi»m tr¶n M¡y t‰nh (cid:31)i»n tß

to¡n tŒng qu¡t v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n kh(cid:230)ng tuƒn nh§t.

th(cid:230)ng qua c¡c v‰ d(cid:246) c(cid:246) th”.

C¡c k‚t qu£ th(cid:252)c nghi»m trong lu“n v«n (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c hi»n b‹ng c¡c ch(cid:247)(cid:236)ng

7

tr…nh vi‚t tr¶n n•n ng(cid:230)n ngœ Matlab ch⁄y tr¶n m¡y t‰nh PC.

Ch(cid:247)(cid:236)ng 1

Mºt sŁ ki‚n thøc c(cid:236) b£n

Nºi dung ch‰nh cıa ch(cid:247)(cid:236)ng 1 tr…nh b(cid:160)y mºt sŁ ki‚n thøc c(cid:236) b£n v•

c¡c kh(cid:230)ng gian h(cid:160)m, l(cid:254) thuy‚t v• sai ph¥n v(cid:160) (cid:31)(cid:176)c bi»t l(cid:160) c¡c k‚t qu£ x¥y

d(cid:252)ng th(cid:247) vi»n gi£i sŁ b(cid:160)i to¡n bi¶n elliptic c§p hai tr¶n mi•n chœ nh“t.

(cid:30)¥y l(cid:160) c¡c ki‚n thøc v(cid:160) c(cid:230)ng c(cid:246) quan tr(cid:229)ng s‡ sß d(cid:246)ng (cid:31)” nghi¶n cøu v(cid:160)

th(cid:252)c hi»n t‰nh to¡n trong c¡c ch(cid:247)(cid:236)ng ti‚p sau cıa lu“n v«n. C¡c k‚t qu£

1.1 Mºt sŁ kh(cid:230)ng gian h(cid:160)m

1.1.1 Kh(cid:230)ng gian m¶tric

n(cid:160)y (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc tham kh£o trong c¡c t(cid:160)i li»u [1, 2, 4, 5].

(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.1. Cho X l(cid:160) mºt t“p kh¡c rØng. Tr¶n X ta trang b(cid:224) mºt

ρ : X × X → R

(x, y) → ρ(x, y),

h(cid:160)m sŁ

th(cid:228)a m¢n c¡c (cid:31)i•u ki»n sau

1) ρ(x, y) ≥ 0, ∀x, y ∈ X; ρ(x, y) = 0 ⇔ x = y;

2) ρ(x, y) = ρ(y, x), ∀x, y ∈ X;

3) ρ(x, z) ≤ ρ(x, y) + ρ(y, z), ∀x, y, z ∈ X.

Khi (cid:31)(cid:226), ρ (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) mºt m¶tric hay kho£ng c¡ch tr¶n X v(cid:160) c(cid:176)p (X, ρ) g(cid:229)i

8

l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian m¶tric ((cid:31)(cid:230)i khi ch¿ k‰ hi»u l(cid:160) X). MØi phƒn tß cıa X

s‡ (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) mºt (cid:31)i”m, ρ(x, y) g(cid:229)i l(cid:160) kho£ng c¡ch giœa hai x v(cid:160) y (cid:31)i”m

tr¶n X.

D¢y (xn) l(cid:160) d¢y Cauchy hay d¢y c(cid:236) b£n n‚u v(cid:238)i m(cid:229)i (cid:15), t(cid:231)n t⁄i N ((cid:15))

sao cho v(cid:238)i m(cid:229)i m, n ≥ N ((cid:15)) th… d(xn, xm) < (cid:15). Kh(cid:230)ng gian m¶tric X (cid:31)(cid:247)æc

1.1.2 Kh(cid:230)ng gian tuy‚n tuy‚n t‰nh (cid:31)(cid:224)nh chu'n

g(cid:229)i l(cid:160) (cid:31)ı n‚u m(cid:229)i d¢y c(cid:236) b£n hºi t(cid:246) (cid:31)‚n mºt phƒn tß n(cid:160)o (cid:31)(cid:226) thuºc X.

(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.2. Cho X l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian tuy‚n t‰nh, ta (cid:31)(cid:247)a v(cid:160)o ¡nh x⁄ k(cid:254) hi»u l(cid:160) chu'n X (cid:107).(cid:107) : X → R th(cid:228)a m¢n c¡c (cid:31)i•u ki»n

a. (cid:107)x(cid:107) ≥ 0; (cid:107)x(cid:107) = 0 ⇔ x = 0;

b. (cid:107)λx(cid:107) = |λ|(cid:107)x(cid:107);

c. (cid:107)x + y(cid:107) ≤ (cid:107)x(cid:107) + (cid:107)y(cid:107),

v(cid:238)i m(cid:229)i x, y ∈ X. Khi (cid:31)(cid:226) c(cid:176)p (X, (cid:107).(cid:107)), trong (cid:31)(cid:226) X l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian

tuy‚n t‰nh, (cid:107).(cid:107) l(cid:160) mºt chu'n tr¶n X, g(cid:229)i l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian (cid:31)(cid:224)nh chu'n

(hay cÆn g(cid:229)i l(cid:160) kh(cid:230)ng gian tuy‚n t‰nh (cid:31)(cid:224)nh chu'n).

Nguy¶n l(cid:254) ¡nh x⁄ co

(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.3. Cho (X, d) l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian metric. (cid:129)nh x⁄ f : X → X

(cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) mºt ¡nh x⁄ co tr¶n X n‚u v(cid:160) ch¿ n‚u t(cid:231)n t⁄i q ∈ [0, 1) sao cho

d(f (x), f (y)) ≤ qd(x, y),

v(cid:238)i m(cid:229)i x, y ∈ X,

trong (cid:31)(cid:226), q (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) h» sŁ co.

D„ th§y m(cid:229)i ¡nh x⁄ co (cid:31)•u li¶n t(cid:246)c.

(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 1.1 (Nguy¶n l(cid:254) ¡nh x⁄ co Banach). Cho f l(cid:160) ¡nh x⁄ co trong

kh(cid:230)ng gian m¶tric (cid:31)ı (X, d). Khi (cid:31)(cid:226),

(a) T(cid:231)n t⁄i duy nh§t x∗ ∈ X sao cho f (x∗) = x∗. Phƒn tß x∗ (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160)

9

(cid:31)i”m b§t (cid:31)ºng cıa ¡nh x⁄ f .

(b) M(cid:229)i d¢y l(cid:176)p xn+1 = f (xn), n ≥ 0 xu§t ph¡t tł x0 b§t k(cid:253) (cid:31)•u hºi t(cid:246).

d(xn, x∗) ≤ qn(1 − q)−1d(x0, x1), n ≥ 1

d(xn, x∗) ≤ q(1 − q)−1d(xn−1, xn), n ≥ 1.

Ngo(cid:160)i ra, ta c(cid:226) c¡c (cid:247)(cid:238)c l(cid:247)æng sau

f : V → W (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) th(cid:228)a m¢n (cid:31)i•u ki»n Lipchitz n‚u t(cid:231)n t⁄i c¡c h‹ng

Ti‚p theo, ta (cid:31)(cid:247)a ra (cid:31)i•u ki»n Lipchitz cho h(cid:160)m nhi•u bi‚n. Gi£ sß

(cid:107)f (x, y1, . . . , yn) − f (x, z1, . . . , zn)(cid:107) ≤ L1(cid:107)y1 − z1(cid:107) + · · · + Ln(cid:107)yn − zn(cid:107),

sŁ Lk ≥ 0 sao cho v(cid:238)i m(cid:229)i yk, zk th… h» thøc sau (cid:31)¥y (cid:31)(cid:247)æc th(cid:228)a m¢n

trong (cid:31)(cid:226) L1, L2, . . . , Ln (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) c¡c h‹ng sŁ Lipchitz.

ρ : X × X → R,

Cho X l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian (cid:31)(cid:224)nh chu'n. X†t h(cid:160)m sŁ

x¡c (cid:31)(cid:224)nh b(cid:240)i ρ(x, y) = (cid:107)x−y(cid:107), v(cid:238)i x, y ∈ X. D„ chøng minh (cid:31)(cid:247)æc v(cid:238)i (cid:31)(cid:224)nh

ngh(cid:190)a nh(cid:247) tr¶n th… ρ l(cid:160) mºt metric tr¶n X, g(cid:229)i l(cid:160) metric sinh b(cid:240)i chu'n.

1.1.3 Kh(cid:230)ng gian t‰ch v(cid:230) h(cid:247)(cid:238)ng

Nh(cid:247) v“y, kh(cid:230)ng gian (cid:31)(cid:224)nh chu'n l(cid:160) mºt kh(cid:230)ng gian metric.

Trong phƒn n(cid:160)y, ta lu(cid:230)n coi tr(cid:247)(cid:237)ng v(cid:230) h(cid:247)(cid:238)ng F ho(cid:176)c l(cid:160) tr(cid:247)(cid:237)ng sŁ

th(cid:252)c R, ho(cid:176)c l(cid:160) tr(cid:247)(cid:237)ng sŁ phøc C.

(cid:30)(cid:224)nh ngh(cid:190)a 1.4. Kh(cid:230)ng gian t‰ch v(cid:230) h(cid:247)(cid:238)ng l(cid:160) kh(cid:230)ng gian v†ct(cid:236) X tr¶n

(cid:104)., .(cid:105) : X × X → F

tr(cid:247)(cid:237)ng F (cid:31)(cid:247)æc trang b(cid:224) mºt t‰ch v(cid:230) h(cid:247)(cid:238)ng, tøc l(cid:160) mºt ¡nh x⁄

th(cid:228)a m¢n ba t‰nh ch§t sau v(cid:238)i m(cid:229)i x, y, z ∈ X v(cid:160) a ∈ F

(i) X¡c (cid:31)(cid:224)nh d(cid:247)(cid:236)ng: (cid:104)x, x(cid:105) ≥ 0 v(cid:160) (cid:104)x, x(cid:105) = 0 ⇔ x = 0.

(cid:104)ax, y(cid:105) = a (cid:104)x, y(cid:105)

(cid:104)x, y + z(cid:105) = (cid:104)x, y(cid:105) + (cid:104)x, z(cid:105) .

10

(ii) T‰nh tuy‚n t‰nh

(cid:104)x, y(cid:105) = (cid:104)y, x(cid:105).

1.2 L(cid:254) thuy‚t v• ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n

(iii) Li¶n hæp (cid:31)Łi xøng

Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:247)(cid:238)i hay cÆn g(cid:229)i l(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n (cid:31)(cid:247)æc ¡p d(cid:246)ng

rºng r¢i tr¶n nhi•u l(cid:190)nh v(cid:252)c khoa h(cid:229)c, k(cid:255) thu“t. Nºi dung ch‰nh cıa n(cid:226)

l(cid:160) (cid:31)(cid:247)a b(cid:160)i to¡n vi ph¥n (cid:31)ang x†t v• gi£i h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n (tøc l(cid:160)

h» thøc ho(cid:176)c c¡c h» thøc li¶n h» c¡c gi¡ tr(cid:224) cıa h(cid:160)m sŁ t⁄i c¡c th(cid:237)i (cid:31)i”m

1.2.1 C(cid:230)ng thøc Taylor

kh¡c nhau) b‹ng c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p (cid:31)⁄i sŁ.

Gi£ sß u(x, y) l(cid:160) mºt h(cid:160)m sŁ x¡c (cid:31)(cid:224)nh v(cid:160) c(cid:226) c¡c (cid:31)⁄o h(cid:160)m ri¶ng theo c¡c bi‚n (cid:31)‚n c§p m + 1 trong mºt kho£ng Ω ∈ R2 chøa c¡c (cid:31)i”m (x, y)

v(cid:160) (x + h, y + k), trong (cid:31)(cid:226) h, k l(cid:160) c¡c (cid:31)⁄i l(cid:247)æng (cid:31)ı nh(cid:228) c(cid:226) th” d(cid:247)(cid:236)ng hay

¥m. Khi (cid:31)(cid:226) t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) h(cid:160)m 1 bi‚n sŁ, ch(cid:243)ng ta c(cid:226) c(cid:230)ng thøc khai tri”n

+ k

u(x + h, y + k) = u(x, y) + h

∂u ∂y

Taylor nh(cid:247) sau

+

+ · · · + o(hm + km).

1 2!

∂x2 + 2hk

∂2u ∂x∂y

∂u ∂ + k2 ∂2u ∂y2

(1.1) (cid:21) (cid:20) h2 ∂2u

V• m(cid:176)t (cid:254) ngh(cid:190)a to¡n h(cid:229)c t‰nh to¡n th… c(cid:230)ng thøc Taylor, gi¡ tr(cid:224) cıa h(cid:160)m

sŁ t⁄i (cid:31)i”m (x + h, y + k) s‡ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)æc t‰nh qua c¡c gi¡ tr(cid:224) h(cid:160)m v(cid:160) c¡c

(cid:31)⁄o h(cid:160)m ri¶ng c¡c c§p t⁄i (cid:31)i”m (x, y). N‚u ch(cid:243)ng ta giœ (cid:31)‚n sŁ h⁄ng chøa

c¡c (cid:31)⁄o h(cid:160)m c§p m th… k‚t qu£ t‰nh to¡n s‡ (cid:31)£m b£o sai sŁ x§p x¿ mºt (cid:31)⁄i l(cid:247)æng v(cid:230) c(cid:242)ng b† l(cid:160) o(hm). Sau (cid:31)¥y lu“n v«n s‡ (cid:31)(cid:247)a ra mºt sŁ k‚t qu£ khi

11

x“y d(cid:252)ng c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n d(cid:252)a tr¶n c(cid:230)ng thøc Taylor.

1.2.2 C¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n v(cid:160) (cid:31)⁄o h(cid:160)m v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p hai

L(cid:247)(cid:238)i sai ph¥n

−∆u = f, x ∈ Ω

X†t b(cid:160)i to¡n

u = g,

x ∈ ∂Ω,

  (1.2)



trong (cid:31)(cid:226) Ω = {(x, y) ∈ R2, a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d}, ch(cid:229)n hai sŁ

k = (d − c)/M g(cid:229)i l(cid:160) b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i theo y. (cid:30)(cid:176)t xi = a + ih, yj = c + jh,

i = 0, . . . , N , j = 0, . . . , M . MØi (cid:31)i”m (xi, yj) g(cid:229)i l(cid:160) mºt n(cid:243)t l(cid:247)(cid:238)i k(cid:254) hi»u

nguy¶n N > 1 v(cid:160) M > 1, (cid:31)(cid:176)t h = (b − a)/N g(cid:229)i l(cid:160) b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i theo x,

l(cid:160) n(cid:243)t (i, j). T“p hæp t§t c£ c¡c n(cid:243)t trong k(cid:254) hi»u l(cid:160) Ωhk. N(cid:243)t (cid:240) tr¶n bi¶n Γ

g(cid:229)i l(cid:160) n(cid:243)t bi¶n; t“p t§t c£ c¡c n(cid:243)t bi¶n k(cid:254) hi»u l(cid:160) Γhk, t“p Ωhk = Ωhk ∪ Γhk

g(cid:229)i l(cid:160) mºt l(cid:247)(cid:238)i sai ph¥n tr¶n Ω.

H(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i

MØi h(cid:160)m sŁ x¡c (cid:31)(cid:224)nh t⁄i c¡c n(cid:243)t cıa l(cid:247)(cid:238)i g(cid:229)i l(cid:160) mºt h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i, gi¡ tr(cid:224) cıa

h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i u(x, y) t⁄i n(cid:243)t l(cid:247)(cid:238)i (i, j) vi‚t t›t l(cid:160) ui,j. MØi h(cid:160)m u(i, j) x¡c (cid:31)(cid:224)nh

t⁄i m(cid:229)i (x, y) ∈ Ω t⁄o ra h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i u x¡c (cid:31)(cid:224)nh b(cid:240)i ui,j.

B(cid:160)i to¡n sai ph¥n

Sß d(cid:246)ng c(cid:230)ng thøc Taylor trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp 2 bi‚n sŁ, ch(cid:243)ng ta thu (cid:31)(cid:247)æc

c¡c c(cid:230)ng thøc t‰nh gƒn (cid:31)(cid:243)ng c¡c gi¡ tr(cid:224) (cid:31)⁄o h(cid:160)m t⁄i c¡c n(cid:243)t l(cid:247)(cid:238)i (i, j) nh(cid:247)

=

(ui+1,j − ui,j) + o(h)

=

(ui,j+1 − ui,j) + o(k)

=

+ o(h2)

=

+ o(k2).

∂u ∂x ∂u ∂y ∂2u ∂x2 ∂2u ∂y2

1 h 1 k ui+1,j − 2ui,j + ui−1,j h2 ui,j+1 − 2ui,j + ui,j−1 k2

sau

12

(cid:12) (cid:12) (cid:12) (cid:12)(i,j) (cid:12) (cid:12) (cid:12) (cid:12)(i,j) (cid:12) (cid:12) (cid:12) (cid:12)(i,j) (cid:12) (cid:12) (cid:12) (cid:12)(i,j)

+

.

(cid:30)(cid:176)t

∆hku ≡

ui+1,j − 2ui,j + ui−1,j h2

ui,j+1 − 2ui,j + ui,j−1 k2

(1.3)

∆hku = ∆u + o(h2 + k2).

Khi (cid:31)(cid:226), chøng t(cid:228)

SŁ h⁄ng o(h2 + k2) l(cid:160) mºt v(cid:230) c(cid:242)ng b† b“c hai. Ta n(cid:226)i to¡n tß ∆hk x§p x¿ to¡n tß ∆, (cid:31)i•u (cid:31)(cid:226) cho ph†p thay ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh vi ph¥n b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng

∆hku = fij, fij = f (xi, yj), (xi, yj) ∈ Ωhk,

tr…nh sai ph¥n

+

= fi,j,

(i, j) ∈ Ωhk, (1.4)

ui+1,j − 2ui,j + ui+1,j h2

ui,j+1 − 2ui,j + ui,j−1 k2

tøc l(cid:160)

(cid:31)(cid:231)ng th(cid:237)i thay (cid:31)i•u ki»n bi¶n b‹ng (cid:31)i•u ki»n

uij = g(xi, yj),

(xi, yj) ∈ Γhk.

(1.5)

Ta (cid:31)(cid:247)æc b(cid:160)i to¡n sai ph¥n ho(cid:160)n ch¿nh: t…m h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i u t⁄i c¡c n(cid:243)t (i, j)

th(cid:228)a m¢n h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n (1.4) v(cid:238)i c¡c (cid:31)i•u ki»n bi¶n (1.5). Nh(cid:247)

v“y vi»c t…m nghi»m x§p x¿ cıa b(cid:160)i to¡n vi ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p hai

(cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a v• vi»c gi£i b(cid:160)i to¡n sai ph¥n (1.4) v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n (1.5) b‹ng c¡c

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p (cid:31)⁄i sŁ.

Nh“n x†t 1.1. (i) H» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n (1.5)

ho(cid:176)c c¡c h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n d⁄ng Dirichlet t(cid:247)(cid:236)ng øng trong mi•n chœ

nh“t [a, b] × [c, d] th(cid:230)ng qua c¡c ph†p bi‚n (cid:31)Œi s(cid:236) c§p s‡ (cid:31)(cid:247)æc bi”u

− Yj−1 + CYj − Yj+1 = Fj;

di„n d(cid:247)(cid:238)i d⁄ng c¡c h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh vect(cid:236) 3 (cid:31)i”m d⁄ng

Y0 = F0, YN = Fn, j = 1, N − 1,

(1.6)

(F0,j, F1,j, . . . , Fn,j) l(cid:160) c¡c v†ct(cid:236) v‚ ph£i, C = (ci,j)N ×N l(cid:160) ma tr“n

trong (cid:31)(cid:226) k(cid:254) hi»u Yj = (u0,j, u1,j, . . . , uN,j) l(cid:160) c¡c v†ct(cid:236) nghi»m, Fj =

13

h» sŁ cıa h» d⁄ng 3 (cid:31)(cid:247)(cid:237)ng ch†o trºi.

(ii) (cid:30)” gi£i (cid:31)(cid:247)æc b(cid:160)i to¡n (1.6) b‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sŁ, (cid:31)i•u quan tr(cid:229)ng

nh§t l(cid:160) ta ph£i x¡c (cid:31)(cid:224)nh (cid:31)(cid:247)æc thu“t to¡n nhanh gi£i c¡c h» ph(cid:247)(cid:236)ng

tr…nh v†ctor ba (cid:31)i”m (1.6) l(cid:160) c¡c h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh (cid:31)⁄i sŁ tuy‚n t‰nh.

(iii) C(cid:226) nhi•u ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p kh¡c nhau (cid:31)” gi£i (cid:31)(cid:247)æc c¡c h» tr¶n. Tuy nhi¶n

do t‰nh ch§t (cid:31)(cid:176)c bi»t cıa h», ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p thu g(cid:229)n khŁi l(cid:247)æng t‰nh

O(M N log N ) s‡ (cid:31)(cid:247)æc sß d(cid:246)ng (cid:31)” x¥y d(cid:252)ng th(cid:247) vi»n sŁ.

1.2.3 C¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n v(cid:160) (cid:31)⁄o h(cid:160)m v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p bŁn

to¡n cıa Samarskij (cid:21) Nicolaev (cid:31)• xu§t [7] v(cid:238)i (cid:31)º phøc t⁄p t‰nh to¡n

L(cid:247)æc (cid:31)(cid:231) sai ph¥n

u(x + h, y) = u(x, y) + h

+

u(x − h, y) = u(x, y) − h

+

∂u ∂x ∂u ∂x

h2 2 h2 2

∂2u ∂x2 + ∂2u ∂x2 −

h3 6 h3 6

∂3u ∂x3 + ∂3u ∂x3 +

h4 24 h4 24

∂4u ∂x4 + · · · + O(h6) ∂4u ∂x4 + · · · + O(h6) (1.7)

u(x + h, y) − 2u(x, y) + u(x − h, y) h2 u(x, y + k) − 2u(x, y) + u(x, y − k) k2

h2 12 k2 12

∂4u ∂x4 + O(h4) ∂4u ∂y4 + O(k4)

Ch(cid:243)ng ta x†t c(cid:230)ng thøc khai tri”n Taylor tŒng qu¡t

+

ui,j+1 − 2ui,j + ui,j−1 k2 ∂4u ∂y4 + O(h4 + k4).

h2 12

k2 12

ui+1,j − 2ui,j + ui−1,j h2 ∂4u ∂x4 − Xu§t ph¡t tł ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh eliptic c§p hai ∂2u ∂x2 +

∂2u ∂y2 − cu(x, y) = −f (x, y).

Tł (1.7), ta suy ra ∂2u ∂x2 = ∂2u ∂y2 = ∆u =

∂x4 + h2 ∂4u h2 ∂4u k2 ∂4u ∂y4 + k2 ∂4u

∂x2∂y2 = −h2 ∂2f ∂x2∂y2 = −k2 ∂2f

∂x2 + h2c ∂y2 + k2c

∂2u ∂x2 , ∂2u ∂y2 .

14

Ta c(cid:226)

∆u.

k2 12

∂4u ∂y4 = −

h2 + k2 12

∂4u ∂x2∂y2 −

h2 12

∂2f ∂x2 −

k2 12

∂2f ∂y2 + c

(h2 + k2) 12

Suy ra ∂4u h2 ∂x4 + 12

Tł c¡c k‚t qu£ tr¶n, ta thu (cid:31)(cid:247)æc c(cid:230)ng thøc khai tri”n Taylor v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh

+

+

∆u =

h2 + k2 2

∂4u ∂x2∂y2

∆u + O(h4 + k4)

= − fi,j −

ui+1,j − 2ui,j + ui−1,j h2 h2 12

∂2f ∂x2 −

k2 12

ui,j+1 − 2ui,j + ui,j−1 k2 h2 + k2 12

∂2f ∂y2 + c

x¡c c§p 4 nh(cid:247) sau

hay

1 − c

h2 + k2 12

(cid:18)

+

+

1 − c

h2 + k2 12

= f (x, y) +

(cid:18)

k2 12

1 − c

(cid:19) ui,j+1 − 2ui,j + ui,j−1 k2 h2 12

∂2f ∂x2 + ∂2f ∂y2 , c1 = 1/

h2 12

∂2f ∂x2 +

k2 12

(cid:30)(cid:176)t ¯f (x, y) = f (x, y) + , ta thu (cid:19) ui+1,j − 2ui,j + ui−1,j h2 h2 + k2 ∂4u ∂x2∂y2 12 ∂2f ∂y2 + O(h4 + k4). (cid:19) (cid:18) h2 + k2 12

+

u(i − 1, j) − 2u(i, j) + u(i + 1, j) h2

u(i, j − 1) − 2u(i, j) + u(i, j + 1) k2

¯f (i, j) + O(h4 + k4).

+c1

h2 + k2 12

∂4u ∂x2∂y2 = −c1

(cid:31)(cid:247)æc l(cid:247)æc (cid:31)(cid:231) sai ph¥n

+ O(h2)

∂2u ∂x2 =

u(i − 1, j) − 2u(i, j) + u(i + 1, j) h2

V…

∂4u ∂x2∂y2 =

h2 + k2 12h2k2 (u(i − 1, j − 1) − 2u(i, j − 1) + u(i + 1, j − 1) −2(u(i − 1, j) − 2u(i, j) + u(i + 1, j))

+u(i − 1, j + 1) − 2u(i, j + 1) + u(i + 1, j + 1) + O(h4 + k4). (1.8)

15

do (cid:31)(cid:226) h2 + k2 12

+

u(i, j − 1) − 2u(i, j) + u(i, j − 1) k2

+c1

u(i − 1, j) − 2u(i, j) + u(i + 1, j) h2 h2 + k2 12h2k2 (u(i − 1, j − 1) − 2u(i, j − 1) + u(i + 1, j − 1) −2(u(i − 1, j) − 2u(i, j) + u(i + 1, j))

+u(i − 1, j + 1) − 2u(i, j + 1) + u(i + 1, j + 1))

¯f (i, j),

0 ≤ i ≤ M, 0 ≤ j ≤ N.

= −c1

Ta thu (cid:31)(cid:247)æc l(cid:247)æc (cid:31)(cid:231) sai ph¥n nh(cid:247) sau

k2 h2 , R = c1 tr…nh sai ph¥n (1.9), ta thu (cid:31)(cid:247)æc h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh v†ct(cid:236) 3 (cid:31)i”m

1 ≤ j ≤ N − 1,

−BYj−1 + AYj − BYj+1 = Fj,

Sß d(cid:246)ng c¡c k(cid:254) hi»u r = (1.9) h2 + k2 12h2 , d = 2(1 + r). Tł h» ph(cid:247)(cid:236)ng

Y0 = F0, YN = FN ,

  (1.10)



trong (cid:31)(cid:226)

1 − 2R

R

0

0

. . .

0

1 − 2R

R

R

0

. . .

0

0

1 − 2R

R

0

R

B =

. . . . . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

0

. . . R 1 − 2R R

0

 

0

. . .

. . .

R 1 − 2R

0

                       

2(1 + r) − 4R

. . .

0

0

−2 + 2R

2(1 + r) − 4R

. . .

0

A =

. . .

0

. . .

2(1 + r) − 4R

−r + 2R

 

−r + 2R

2(1 + r) − 4R

16

                 

T

k2(c1

¯f (1, j) + Rg(0, j − 1) + (r − 2R)g(0, j) + R(0, j + 1) ¯f (1, j)

k2c1

Fj =

k2c1

 

. . . ¯f (1, j) ¯f (M − 1, j) + Rg(M, j − 1) + (r − 2R)g(M, j) + Rg(M, j + 1))

k2(c1

F0 =(u(1, 0)u(2, 0), . . . , u(M − 1, 0)),

FN =(u(1, N ), u(2, N ), . . . , u(M − 1, N )).

                 

1 ≤ j ≤ N − 1,

−BYj−1 + AYj − BYj+1 = Fj,

Y0 = F0, YN = FN .

1 ≤ j ≤ N − 1

−Yj−1 + CYj − Yj+1 = Φ,

X†t h»

Y0 = Φ0, YN = ΦN , C = B−1A, Φj = B−1Fj.

Nh¥n hai v‚ v(cid:238)i B−1   (1.11)



Nh“n x†t 1.2. Ma tr“n C trong (1.11) kh(cid:230)ng ph£i l(cid:160) ma tr“n 3 (cid:31)(cid:247)(cid:237)ng

ch†o trºi, do (cid:31)(cid:226) kh(cid:230)ng th” ¡p d(cid:246)ng thu“t to¡n thu g(cid:229)n khŁi l(cid:247)æng t‰nh

to¡n tr(cid:252)c ti‚p (cid:31)(cid:247)æc.

(2l − 1)π

2k (cid:89)

2k (cid:89)

(C − 2 cos

C (k) =

Cl,k,

2k+1 E) =

l=1

l=1

X†t h» thøc

(2l − 1)π

2k (cid:89)

C (k) =

B−1(A − 2 cos

2k+1 B).

l=1

v… C = B−1A n¶n ta c(cid:226)

X†t h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh

(2l − 1)π

2k (cid:89)

C (k)ϕF ⇔

B−1(A − 2 cos

2k+1 B)

l=1

17

  ϕ = F 

(2l − 1)π

2k (cid:89)

(A − 2 cos

2k+1 B)ϕ = BF.

l=1

hay

ϕ0 = BF

(2l − 1)π

(A − 2 cos

2k+1 B)ϕ1 = ϕ0, . . .

(2l − 1)π

(A − 2 cos

2k+1 B)ϕk = ϕk−1.

(2l − 1)π

H» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tr¶n c(cid:226) th” gi£i (cid:31)(cid:247)æc b‹ng thu“t to¡n (cid:31)» quy

2k+1 B) l(cid:160) ma tr“n 3 (cid:31)(cid:247)(cid:237)ng ch†o trºi, do (cid:31)(cid:226) c¡c h» tr¶n v¤n gi£i (cid:31)(cid:247)æc b‹ng thu“t to¡n

Do A, B l(cid:160) c¡c ma tr“n 3 (cid:31)(cid:247)(cid:237)ng ch†o n¶n (A − 2 cos

truy (cid:31)uŒi 3 (cid:31)(cid:247)(cid:237)ng ch†o v(cid:238)i (cid:31)º phøc t⁄p t‰nh to¡n l(cid:160) O(N ), tøc l(cid:160) thu“t

to¡n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p 4 v¤n th(cid:252)c hi»n (cid:31)(cid:247)æc b‹ng thu“t to¡n thu g(cid:229)n

khŁi l(cid:247)æng v(cid:238)i (cid:31)º phøc t⁄p O(M N log N ).

Sß d(cid:246)ng ng(cid:230)n ngœ l“p tr…nh Matlab, trong c(cid:230)ng tr…nh [2] (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)a ra

th(cid:247) vi»n sŁ RC2009 t…m nghi»m sŁ v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p hai cho b(cid:160)i to¡n

bi¶n elliptic c§p hai. C¡c k‚t qu£ ki”m tra th(cid:247) vi»n sŁ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong

1 + x6 2

L(cid:247)(cid:238)i chia ud = sin x1 sin x2 16 × 16

B£ng 1.1: Sai sŁ t(cid:247)(cid:236)ng øng v(cid:238)i c¡c l(cid:247)(cid:238)i chia v(cid:160) h(cid:160)m nghi»m (cid:31)(cid:243)ng ud = ex1+x2 1.39 × e − 4

ud = ex1 cos x2 ud = x6 4.34 × e − 5

1.18 × e − 5

0.005

32 × 32

2.97 × e − 6

3.50 × e − 5

1.09 × e − 5

0.0014

64 × 64

7.44 × e − 7

8.78 × e − 6

2.73 × e − 6

3.44 × e − 4

128 × 128

1.86 × e − 7

2.19 × e − 6

6.82 × e − 7

8.61 × e − 5

256 × 256

1.65 × e − 8

5.49 × e − 7

1.70 × e − 7

2.15 × e − 5

B£ng 1.1

C¡c k‚t qu£ t‰nh to¡n sŁ chøng t(cid:228) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n (cid:31)£m b£o

(cid:31)º ch‰nh x¡c b“c hai.

Trong c(cid:230)ng tr…nh [2] (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)a ra c¡c h(cid:160)m t…m nghi»m sŁ v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh

18

x¡c c§p bŁn cho b(cid:160)i to¡n bi¶n elliptic c§p hai. C¡c k‚t qu£ ki”m tra th(cid:247)

L(cid:247)(cid:238)i chia ud = sin x1 sin x2 16 × 16

B£ng 1.2: Sai sŁ t(cid:247)(cid:236)ng øng v(cid:238)i c¡c l(cid:247)(cid:238)i chia v(cid:160) h(cid:160)m nghi»m (cid:31)(cid:243)ng ud = ex1+x2 1.82 × e − 8

ud = ex1 cos x2 15 × e − 12

1.55 × e − 9

1 + x6 ud = x6 2 6.74 × e − 6

32 × 32

9.71 × e − 11

1.14 × e − 9

4.19 × e − 14

4.21 × e − 7

64 × 64

6.06 × e − 12

7.15 × e − 11

2.46 × e − 14

2.63 × e − 8

128 × 128

3.45 × e − 13

5.22 × e − 12

4.22 × e − 13

1.64 × e − 9

256 × 256

2.12 × e − 13

2.83 × e − 12

1.22 × e − 12

1.02 × e − 10

vi»n sŁ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong B£ng 1.2

C¡c k‚t qu£ t‰nh to¡n sŁ chøng t(cid:228) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n (cid:31)£m b£o

(cid:31)º ch‰nh x¡c b“c bŁn. C¡c th(cid:247) vi»n ch(cid:247)(cid:236)ng tr…nh tr¶n s‡ (cid:31)(cid:247)æc sß d(cid:246)ng (cid:31)”

19

c(cid:160)i (cid:31)(cid:176)t t§t c£ c¡c thu“t to¡n (cid:31)(cid:247)a ra trong c¡c ch(cid:247)(cid:236)ng sau cıa lu“n v«n.

Ch(cid:247)(cid:236)ng 2

Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p gi£i b(cid:160)i to¡n tam

(cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n

Nºi dung ch‰nh cıa ch(cid:247)(cid:236)ng 2 s‡ tr…nh b(cid:160)y mºt sŁ k‚t qu£ khi nghi¶n

cøu c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p t…m nghi»m gƒn (cid:31)(cid:243)ng (cid:31)Łi v(cid:238)i c¡c b(cid:160)i to¡n d⁄ng tam

(cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i v‚ ph£i l(cid:160) h(cid:160)m phi tuy‚n ph(cid:246) thuºc v(cid:160)o h(cid:160)m v(cid:160) (cid:31)⁄o h(cid:160)m cıa

h(cid:160)m cƒn t…m, h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n d⁄ng Dirichlet ho(cid:176)c Neuman. C¡c k‚t qu£

2.1 B(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n Dirichlet

l(cid:254) thuy‚t (cid:31)(cid:247)æc tham kh£o trong c¡c t(cid:160)i li»u [3, 4].

Trong phƒn n(cid:160)y, ch(cid:243)ng s‡ x†t b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa d⁄ng tŒng qu¡t

∆3u(x) = f (x),

x ∈ Ω

sau (cid:31)¥y

x ∈ ∂Ω,

u(x) = g1, ∆u(x) = g2, ∆2u(x) = g3,

 



f, g1, g2, g3 l(cid:160) c¡c h(cid:160)m sŁ li¶n t(cid:246)c theo c¡c bi‚n tr¶n mi•n x¡c (cid:31)(cid:224)nh. Ch(cid:243)ng

trong (cid:31)(cid:226) Ω l(cid:160) mºt mi•n b(cid:224) ch(cid:176)n trong kh(cid:230)ng gian Rn v(cid:238)i bi¶n ∂Ω (cid:31)ı tr(cid:236)n,

ta s‡ nghi¶n cøu s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n c(cid:244)ng nh(cid:247) c¡c

20

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p t…m nghi»m x§p x¿ th(cid:230)ng qua ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sŁ.

2.1.1 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n thuƒn nh§t

∆3u(x) = f (x, u, ∆u, ∆2u),

x ∈ Ω,

X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n thuƒn nh§t

∆2u = ∆u = u = 0,

x ∈ ∂Ω,

  (2.1)



trong (cid:31)(cid:226) Ω l(cid:160) mºt mi•n b(cid:224) ch(cid:176)n trong kh(cid:230)ng gian Rn v(cid:238)i bi¶n ∂Ω (cid:31)ı tr(cid:236)n, (cid:31)(cid:247)a v(cid:160)o c¡c k‰ hi»u v = ∆u(x), w = ∆2u(x). Gi£ thi‚t f (x, u, v, w) l(cid:160)

mºt h(cid:160)m li¶n t(cid:246)c theo c¡c bi‚n (x, u, v, w) trong mºt mi•n gi(cid:238)i nºi D.

Hi”n nhi¶n, n‚u f l(cid:160) h(cid:160)m ch¿ ph(cid:246) thuºc v(cid:160)o x th… b(cid:160)i to¡n c(cid:226) dang (cid:31)(cid:236)n

gi£n v(cid:160) vi»c t…m nghi»m c(cid:226) th” nh“n (cid:31)(cid:247)æc b‹ng c¡c c(cid:230)ng c(cid:246) l(cid:254) thuy‚t gi£i

t‰ch. Tuy nhi¶n, do f l(cid:160) h(cid:160)m phi tuy‚n n¶n c¡c c(cid:230)ng c(cid:246) gi£i t‰ch l(cid:160) kh(cid:230)ng

th(cid:252)c hi»n (cid:31)(cid:247)æc. Do (cid:31)(cid:226) ng(cid:247)(cid:237)i ta th(cid:247)(cid:237)ng t…m nghi»m x§p x¿ cıa b(cid:160)i to¡n

b‹ng c¡ch x§y d(cid:252)ng c¡c s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p.

Sau (cid:31)¥y ch(cid:243)ng ta s‡ nghi¶n cøu s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m cıa b(cid:160)i

to¡n (2.1) d(cid:252)a tr¶n l(cid:254) thuy‚t to¡n tß.

S(cid:252) t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m

(Aϕ)(x) = f (x, u(x), v(x), w(x)),

(cid:30)(cid:247)a to¡n tß A (cid:31)(cid:247)æc x¡c (cid:31)(cid:224)nh b(cid:240)i c(cid:230)ng thøc

∆3u = ϕ(x),

x ∈ Ω

(2.2)

u = ∆u = ∆2u = 0,

x ∈ ∂Ω,

trong (cid:31)(cid:226), u(x) l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n   (2.3)



v(cid:238)i ϕ l(cid:160) mºt h(cid:160)m li¶n t(cid:246)c trong Ω.

ϕ(x) th(cid:230)ng qua to¡n tß A (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong bŒ (cid:31)• sau (cid:31)¥y.

Khi (cid:31)(cid:226) quan h» giœa nghi»m u(x) cıa b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:160) h(cid:160)m

BŒ (cid:31)• 2.1. H(cid:160)m ϕ(x) l(cid:160) mºt (cid:31)i”m b§t (cid:31)ºng cıa to¡n tß A, tøc ϕ(x) l(cid:160)

mºt nghi»m cıa ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh to¡n tß Aϕ = ϕ, khi v(cid:160) ch¿ khi u(x) (cid:31)(cid:247)æc

21

x¡c (cid:31)(cid:224)nh tł b(cid:160)i to¡n bi¶n (2.3) l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n bi¶n (2.1).

(cid:136) (cid:30)i•u ki»n cƒn: Gi£ sß u(x) l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.3). Hi”n nhi¶n, theo c¡ch x¡c (cid:31)(cid:224)nh cıa ϕ(x) v(cid:160) to¡n tß A suy ra ϕ(x) l(cid:160) (cid:31)i”m b§t

Chøng minh.

(cid:136) (cid:30)i•u ki»n (cid:31)ı: Gi£ sß ϕ(x) l(cid:160) (cid:31)i”m b§t (cid:31)ºng cıa to¡n tß A. Khi (cid:31)(cid:226), hi”n nhi¶n theo c¡ch x¡c (cid:31)(cid:224)nh to¡n tß A suy ra ϕ(x) = f (x, u, v, w),

(cid:31)ºng cıa to¡n tß A.

tøc l(cid:160) u(x) l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.3).

(cid:3)

Nh“n x†t 2.1. Tł nºi dung cıa bŒ (cid:31)• tr¶n, ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng t‰nh ch§t

cıa nghi»m (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n (2.3) s‡ ho(cid:160)n to(cid:160)n ph(cid:246) thuºc v(cid:160)o t‰nh ch§t

cıa to¡n tß A.

Sau (cid:31)¥y ch(cid:243)ng ta s‡ nghi¶n cøu t‰nh ch§t cıa to¡n tß A.

−∆u = f (x), x ∈ Ω,

BŒ (cid:31)• 2.2. (cid:30)Łi v(cid:238)i nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n bi¶n

u = 0, x ∈ ∂Ω

 

|u(x)|, CΩ =



ρn 2n v(cid:238)i ρ l(cid:160)

c(cid:226) (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)u(cid:107) ≤ CΩ(cid:107)f (cid:107), trong (cid:31)(cid:226) (cid:107)u(cid:107) = max x∈Ω

b¡n k‰nh cıa h…nh cƒu chøa Ω.

Vi»c chøng minh bŒ (cid:31)• (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong [4]. Hi”n nhi¶n, trong

. Gi£ sß, v(cid:238)i M l(cid:160) mºt sŁ d(cid:247)(cid:236)ng n(cid:160)o k‰nh R = 1 th… d„ th§y h» sŁ CΩ =

DM = {(x, u, v, w)| x ∈ Ω, |u| ≤ C 3

ΩM, |v| ≤ C 2

ΩM, |w| ≤ CΩM }.

tr(cid:247)(cid:237)ng hæp kh(cid:230)ng gian (cid:31)ang x†t l(cid:160) kh(cid:230)ng gian 2 chi•u v(cid:160) h…nh cƒu c(cid:226) b¡n 1 8 (cid:31)(cid:226), ta (cid:31)(cid:224)nh ngh(cid:190)a mi•n DM nh(cid:247) sau:

(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1. Gi£ sß t(cid:231)n t⁄i c¡c sŁ M > 0, L1, L2, L3 ≥ 0 sao cho

22

(i) |f (x, u, v, w)| ≤ M v(cid:238)i m(cid:229)i (x, u, v, w) ∈ DM .

L3|w2 − w1| v(cid:238)i m(cid:229)i (x, ui, vi, wi) ∈ DM , i = 1, 2.

(ii) |f (x2, u2, v2, w2) − f (x1, u1, v1, w1)| ≤ L1|u2 − u1| + L2|v2 − v1| +

Ω + L2CΩ + L3)CΩ < 1.

(iii) q = (L1C 2

(cid:107)u(cid:107) ≤ C 3

ΩM, (cid:107)∆u(cid:107) ≤ C 2

ΩM, (cid:107)∆2u(cid:107) ≤ CΩM.

Khi (cid:31)(cid:226), b(cid:160)i to¡n (2.1) c(cid:226) duy nh§t nghi»m u(x) th(cid:228)a m¢n

Chøng minh. V… to¡n tß A (cid:31)(cid:247)æc x¡c (cid:31)(cid:224)nh b(cid:240)i (2.2), do (cid:31)(cid:226) tł gi£ thi‚t (i)

{ϕ ∈ C(Ω)| (cid:107)ϕ(cid:107) ≤ M } v(cid:160)o ch‰nh n(cid:226).

cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1 c(cid:226) th” chøng t(cid:228) (cid:31)(cid:247)æc r‹ng A ¡nh x⁄ h…nh cƒu B[0, M ] =

Do A th(cid:228)a m¢n (cid:31)i•u ki»n Lipchitz (cid:240) gi£ thi‚t (ii) v(cid:160) (cid:31)i•u ki»n co (cid:240)

gi£ thi‚t (iii) cıa (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) n(cid:160)y. Do (cid:31)(cid:226), hi”n nhi¶n A l(cid:160) ¡nh x⁄ co. Tł (cid:31)(cid:226)

ϕ ∈ B[0, M ] cıa to¡n tß A. V… v“y theo BŒ (cid:31)• 2.1 th… b(cid:160)i to¡n (2.1) c(cid:226) (cid:3)

theo (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) (cid:31)i”m b§t (cid:31)ºng Banach, t(cid:231)n t⁄i duy nh§t mºt (cid:31)i”m b§t (cid:31)ºng

nghi»m duy nh§t t(cid:247)(cid:236)ng øng.

∆3u = −π4 sin πx1 + (∆u)2 − u∆2u + sin(∆2u − ∆2u∗), x ∈ Ω,

V‰ d(cid:246) 2.1. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n

u = ∆u = ∆2u = 0, x ∈ ∂Ω,

 



trong (cid:31)(cid:226), Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2). C(cid:226) th” th§y nghi»m ch‰nh x¡c 1 cıa b(cid:160)i to¡n l(cid:160) u∗ = 8π2 sin πx1 sin πx2. Ta ki”m tra c¡c (cid:31)i•u ki»n cıa

f = (cid:107)f (cid:107) ≤ π4 + (cid:107)v(cid:107)2 + (cid:107)u(cid:107)(cid:107)w(cid:107) + 1 ≤ π4 + 1 +

≤ M.

M 2 84 +

M 3 83 ×

M 8

(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1, ta c(cid:226)

2 84 M 2−M = π4+1 ≤ 0 ⇔ M1 ≤ M ≤ M2, M1 = 207, 3108, M2 = 3888, 7.

23

Tł (cid:31)(cid:226), M cƒn th(cid:228)a m¢n

(cid:107)f (x1, x2, u2, v2, w2) − f (x1, x2, u1, v1, w1)(cid:107)

≤ (cid:107)v1

2 − v2

1 − (u2w2 − u1w1) + sin(w2 − ∆2u∗) − sin(w1 − ∆2u∗)(cid:107)

sin

≤ (cid:107)v2 + v1(cid:107)(cid:107)v2 − v1(cid:107) + (cid:107)u2w2 − u2w1 + u2w1 − u1w1(cid:107) + 2

≤ (cid:107)v2 + v1(cid:107)(cid:107)v2 − v1(cid:107) + (cid:107)u2(cid:107)(cid:107)w2 − w1(cid:107) + (cid:107)w1(cid:107)(cid:107)u2 − u1(cid:107) + (cid:107)w2 − w1(cid:107)

≤ (cid:107)w1(cid:107)(cid:107)u2 − u1(cid:107) + ((cid:107)v2(cid:107) + (cid:107)v1(cid:107))(cid:107)v2 − v1(cid:107) + ((cid:107)u2(cid:107) + 1)(cid:107)w2 − w1(cid:107)

(cid:18)w2 − w1 2 (cid:13) (cid:13) (cid:13) (cid:13) (cid:19)(cid:13) (cid:13) (cid:13) (cid:13)

(cid:107)u2 − u1(cid:107) +

(cid:107)w2 − w1(cid:107)

M 8

2M 82 (cid:107)v2 − v1(cid:107) +

83 + 1

= L1(cid:107)u2 − u1(cid:107) + L2(cid:107)v2 − v1(cid:107) + L3(cid:107)w2 − w1(cid:107);

(cid:19) (cid:18)M

M 8

2M 8

M 83 + 1. X†t h‹ng sŁ CΩ =

1 8

. V“y t(cid:231)n t⁄i c¡c sŁ L1 = , L2 = , L3 =

Khi (cid:31)(cid:226),

×

< 1.

+

+

(cid:18)M

1 8

q = (L1C 2 Ω + L2CΩ + L3)CΩ ≤ 1 1 2M 82 × 8

83 + 1

(cid:18)M 8 (cid:19)(cid:19) 1 8

Suy ra M < 896. Nh(cid:247) v“y, v(cid:238)i c¡ch ch(cid:229)n M th(cid:228)a m¢n nh(cid:247) tr¶n th… c¡c

(cid:31)i•u ki»n cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1 (cid:31)(cid:247)æc th(cid:228)a m¢n, tøc l(cid:160) b(cid:160)i to¡n tr¶n t(cid:231)n t⁄i duy

nh§t nghi»m.

Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p t…m nghi»m x§p x¿

∆3u(x) = f (x), x ∈ Ω,

X†t b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa tŒng qu¡t

u(x) = g1(x), ∆u(x) = g2(x), ∆2u(x) = g3(x), x ∈ ∂Ω.

 



24

B‹ng c¡ch (cid:31)(cid:176)t v = ∆u(x), w = ∆2u(x), d„ th§y r‹ng b(cid:160)i to¡n c§p 6 s‡

∆w = f (x), x ∈ Ω,

(cid:31)(cid:247)æc gi£i b‹ng c¡ch gi£i lƒn l(cid:247)æt 3 b(cid:160)i to¡n c§p hai nh(cid:247) sau

w = g3(x), x ∈ ∂Ω

∆v(x) = w, x ∈ Ω

 

v = g2(x), x ∈ ∂Ω

∆u(x) = v, x ∈ Ω

  

u = g1(x), x ∈ ∂Ω.

  



Nh(cid:247) v“y sß d(cid:246)ng c¡c th(cid:247) vi»n sŁ gi£i c¡c b(cid:160)i to¡n c§p hai, hi”n nhi¶n

ch(cid:243)ng ta c(cid:226) thu (cid:31)(cid:247)æc nghi»m sŁ cıa b(cid:160)i to¡n c§p 6 t(cid:247)(cid:236)ng øng. Ph(cid:247)(cid:236)ng

ph¡p tr¶n th(cid:247)(cid:237)ng (cid:31)(cid:247)æc g(cid:229)i l(cid:160) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p ph¥n r¢. Ch(cid:243)ng ta s‡ sß d(cid:246)ng

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p n(cid:160)y (cid:31)” x¥y d(cid:252)ng s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p gi£i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa.

(cid:30)” t…m nghi»m x§p x¿ cıa b(cid:160)i to¡n (2.1), sß d(cid:246)ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p ph¥n

r¢ b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa v• ba b(cid:160)i to¡n c§p hai, d(cid:252)a tr¶n k‚t qu£ x¥y

d(cid:252)ng to¡n tß A, ch(cid:243)ng ta (cid:31)• xu§t ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p sau (cid:31)¥y.

Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p d⁄ng li¶n t(cid:246)c

x ∈ Ω.

B(cid:247)(cid:238)c 0: Cho x§p x¿ ban (cid:31)ƒu ϕ0 ∈ B[0, M ], chflng h⁄n ϕ0(x) = f (x, 0, 0, 0),

∆wk = ϕk, x ∈ Ω

B(cid:247)(cid:238)c 1: V(cid:238)i k = 0, 1, 2, . . . , gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n c§p 2

wk = 0, x ∈ ∂Ω

∆vk = wk, x ∈ Ω

  (2.4)

vk = 0, x ∈ ∂Ω

∆uk = vk, x ∈ Ω,

   (2.5)

uk = 0, x ∈ ∂Ω.

   (2.6)



B(cid:247)(cid:238)c 2: C“p nh“t

ϕk+1 = f (x, uk, vk, wk).

25

(2.7)

(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2. V(cid:238)i nhœng gi£ thi‚t cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1, ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p tr¶n

(cid:107)ϕ1 − ϕ0(cid:107),

(cid:107)uk − u(cid:107) ≤ C 3 Ω

qk 1 − q

hºi t(cid:246) v(cid:160) c(cid:226) (cid:31)¡nh gi¡

trong (cid:31)(cid:226) u l(cid:160) nghi»m ch‰nh x¡c cıa b(cid:160)i to¡n (2.1) v(cid:160) gi¡ tr(cid:224) q (cid:31)(cid:247)æc x¡c

(cid:31)(cid:224)nh theo (iii) cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1.

Chøng minh. Ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p n¶u tr¶n l(cid:160) mºt qu¡

tr…nh l(cid:176)p li¶n ti‚p cho (cid:31)i”m b§t (cid:31)ºng cıa to¡n tß A v(cid:238)i x§p x¿ ban (cid:31)ƒu

trong h…nh cƒu B[0, M ]. Do (cid:31)(cid:226) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p n(cid:160)y hºi t(cid:246) v(cid:238)i tŁc (cid:31)º c§p

(cid:107)ϕ1 − ϕ0(cid:107). Tł (cid:31)(cid:226) suy ra

qk 1 − q

(cid:107)ϕ1 − ϕ0(cid:107).

(cid:107)uk − u(cid:107) ≤ C 3 Ω

qk 1 − q

sŁ nh¥n v(cid:160) ta c(cid:226) (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)ϕk − ϕ(cid:107) ≤

(cid:3)

Nh“n x†t 2.2. S(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p (2.4)-(2.7) ch‰nh l(cid:160) s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p d(cid:247)(cid:238)i d⁄ng vi

ph¥n (cid:31)” t…m nghi»m gƒn (cid:31)(cid:243)ng cho b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa. (cid:30)” t…m nghi»m

sŁ ch(cid:243)ng ta ph£i ti‚n h(cid:160)nh r(cid:237)i r⁄c h(cid:226)a c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh vi ph¥n v• c¡c

ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n t(cid:247)(cid:236)ng øng sau (cid:31)(cid:226) sß d(cid:246)ng c¡c thu“t to¡n sŁ gi£i

c¡c h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n. Vi»c r(cid:237)i r⁄c h(cid:226)a (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c hi»n th(cid:230)ng qua

c¡c s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p nh(cid:247) sau:

Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p møc (cid:31)º r(cid:237)i r⁄c

Tr¶n c(cid:236) s(cid:240) ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:247)(cid:238)i, ch(cid:243)ng t(cid:230)i chuy”n ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p v• møc

m × n. K(cid:254) hi»u

}

i = 1, m − 1, j = 1, n − 1, h1 =

, h2 =

ωh = {(x1, x2)| x1 = i × h1, x2 = j × h2, l2 n

l1 m

r(cid:237)i r⁄c nh(cid:247) sau. Gi£ sß Ω = [0, l1] × [0, l2], chia l(cid:247)(cid:238)i Ω b(cid:240)i l(cid:247)(cid:238)i (cid:31)•u c(cid:239)

ωh = ωh ∪ γh. Sß d(cid:246)ng c¡c c(cid:230)ng thøc sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p bŁn,

26

l(cid:160) t“p c¡c (cid:31)i”m trong cıa l(cid:247)(cid:238)i v(cid:160) γh l(cid:160) t“p c¡c (cid:31)i”m bi¶n cıa l(cid:247)(cid:238)i, k(cid:254) hi»u

∆u = f (x), x ∈ Ω

khi (cid:31)(cid:226) b(cid:160)i to¡n

u = µ(x), x ∈ ∂Ω

 



Λy = f (x), x ∈ ωh

(cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a v• b(cid:160)i to¡n sai ph¥n

y = µ(x), x ∈ γh,

 



trong (cid:31)(cid:226) y ≈ uij(x1i, x2j) l(cid:160) h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i x¡c (cid:31)(cid:224)nh tr¶n ωh v(cid:160) Λ l(cid:160) to¡n tß

Laplace r(cid:237)i r⁄c, x§p x¿ to¡n tß Laplace ∆. Sß d(cid:246)ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n,

ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (2.4)-(2.7) (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a v• ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:240) møc sai ph¥n

sau.

0 = f (x, 0, 0, 0), x ∈ ωh.

Thu“t to¡n 1 B(cid:247)(cid:238)c 0: Cho ϕh

Λwh

B(cid:247)(cid:238)c 2: V(cid:238)i k = 0, 1, 2, . . . , gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n sai ph¥n c§p hai.

k, x ∈ ωh

k = ϕh

wh

k = 0, x ∈ γh

Λvh

  (2.8)

k , x ∈ ωh

k = wh

vh k = 0, x ∈ γh

Λuh

   (2.9)

k = vh

k , x ∈ ωh

   (2.10)

uh k = 0, x ∈ γh.



k, vh

k , wh

k lƒn l(cid:247)æt l(cid:160) c¡c h(cid:160)m l(cid:247)(cid:238)i cıa c¡c h(cid:160)m u, v, w t⁄i b(cid:247)(cid:238)c

Trong (cid:31)(cid:226), uh

l(cid:176)p thø k.

B(cid:247)(cid:238)c 2: C“p nh“t

k ), x ∈ ωh.

k , wh

k, vh

k+1 = f (x, uh ϕh

(2.11)

(cid:30)Łi v(cid:238)i c¡c b(cid:160)i to¡n sai ph¥n (2.8), (2.9), (2.10), trong ch(cid:247)(cid:236)ng 1 (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)a

27

ra k‚t qu£ v• h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh v†ct(cid:236) 3 (cid:31)i”m t(cid:247)(cid:236)ng øng (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n sai

ph¥n c§p hai. Vi»c t…m nghi»m sŁ (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c hi»n b‹ng c¡c h(cid:160)m trong th(cid:247)

vi»n RC2009 v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c 4.

(cid:30)” (cid:31)¡nh gi¡ sai sŁ ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p, ch(cid:243)ng ta cƒn (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)uh

k − u(cid:107) ≤ (cid:107)uh

k − u(cid:107). k − uk(cid:107) + (cid:107)uk − u(cid:107). Theo k‚t qu£ cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2, c(cid:226) (cid:107)ϕ1 −ϕ0(cid:107). V… v“y, ta ch¿ cƒn (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)uh

qk 1 − q

(cid:107)uk −u(cid:107) ≤ C 3 Ω ph¡t tł b(cid:247)(cid:238)c k = 0, ta c(cid:226) (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)uh ph¡p quy n⁄p v(cid:160) sß d(cid:246)ng c(cid:230)ng thøc c“p nh“t (2.11), ta thu (cid:31)(cid:247)æc (cid:107)uh

k −uk(cid:107). Xu§t 0 − u0(cid:107)C(Ωh) ≤ O(h4), theo ph(cid:247)(cid:236)ng k −

(cid:107)ϕ1−ϕ0(cid:107),

k−u(cid:107)C(Ωh) ≤ O(h4)+C 3 Ω

qk 1 − k

uk(cid:107)C(Ωh) ≤ O(h4). Tł (cid:31)(cid:226), ta c(cid:226) (cid:107)uh tøc l(cid:160) sai sŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:160) c§p 4 so v(cid:238)i b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i.

2.1.2 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n kh(cid:230)ng thuƒn nh§t

Ta c(cid:226) (cid:107)uh

Tr¶n c(cid:236) s(cid:240) c¡c k‚t qu£ thu (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n

thuƒn nh§t, ch(cid:243)ng ta s‡ x†t b(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n v(cid:238)i (cid:31)i•u

∆3u(x) = f (x),

x ∈ Ω,

ki»n bi¶n tŒng qu¡t. B(cid:160)i to¡n c(cid:226) d⁄ng

x ∈ ∂Ω.

u(x) = g1(x), ∆u(x) = g2(x), ∆2u(x) = g3(x),

  (2.12)



∆3u1(x) = 0, x ∈ Ω

(cid:30)(cid:176)t u = u1 + u2, trong (cid:31)(cid:226) u1, u2 l(cid:160) nghi»m cıa c¡c b(cid:160)i to¡n

u1(x) = g1(x), ∆u1(x) = g2(x), ∆2u1(x) = g3(x), x ∈ ∂Ω,

∆3u2(x) = f (x, u1 + u2, ∆u1 + ∆u2, ∆2u1 + ∆2u2), x ∈ Ω,

  (2.13)

u2(x) = ∆u2(x) = ∆2u2(x) = 0, x ∈ ∂Ω.

   (2.14)



Hi”n nhi¶n, n‚u u1(x) l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.13) v(cid:160) u2(x) l(cid:160) nghi»m

cıa b(cid:160)i to¡n (2.14) th… u(x) s‡ l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.12).

(cid:136) B(cid:160)i to¡n (2.13) l(cid:160) b(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n

Nh“n x†t 2.3.

Dirichlet v(cid:238)i v‚ ph£i thuƒn nh§t kh(cid:230)ng. Trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp c¡c h(cid:160)m m(cid:230) t£ (cid:31)i•u ki»n bi¶n thuºc l(cid:238)p C 4(Ω) th… s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i v(cid:160) duy nh§t

28

nghi»m (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc khflng (cid:31)(cid:224)nh.

(cid:136) B(cid:160)i to¡n (2.14) ch‰nh l(cid:160) d⁄ng b(cid:160)i to¡n (2.1) (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc x†t, s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i

duy nh§t nghi»m (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc khflng (cid:31)(cid:224)nh tł (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1.

Nh(cid:247) v“y ch(cid:243)ng ta c(cid:244)ng khflng (cid:31)(cid:224)nh v(cid:238)i c¡c (cid:31)i•u ki»n th(cid:228)a m¢n (cid:30)(cid:224)nh

l(cid:254) 2.1, b(cid:160)i to¡n (2.12) c(cid:244)ng t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m. (cid:30)” t…m nghi»m cıa

b(cid:160)i to¡n (2.12)-(2.13), ch(cid:243)ng t(cid:230)i (cid:31)• xu§t ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p d(cid:247)(cid:238)i møc vi

ph¥n nh(cid:247) sau:

∆3u1(x) = 0, x ∈ Ω

B(cid:247)(cid:238)c 1: Gi£i b(cid:160)i to¡n (cid:31)Łi v(cid:238)i u1

u1(x) = g1(x), ∆u1(x) = g2(x), ∆2u1(x) = g3(x), x ∈ ∂Ω.

 



B(cid:247)(cid:238)c 2: Gi£i b(cid:160)i to¡n (cid:31)Łi v(cid:238)i u2

2.0. Cho x§p x¿ ban (cid:31)ƒu ϕ0(x) = f (x, u1(x), ∆u1(x), ∆2u1(x)), x ∈ Ω.

∆w2k(x) = ϕk(x), x ∈ Ω

2.1. V(cid:238)i k = 0, 1, 2, . . . , gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n c§p 2

w2k = 0, x ∈ ∂Ω,

∆v2k(x) = wk(x), x ∈ Ω

 

v2k = 0, x ∈ ∂Ω,

∆u2k(x) = vk(x), x ∈ Ω

  

u2k = 0, x ∈ ∂Ω.

  



ϕk+1 = f (x, u1(x) + u2k, ∆u1(x) + v2k, ∆2u1(x) + w2k), x ∈ Ω.

2.2. C“p nh“t

B(cid:247)(cid:238)c 3: K‚t hæp nghi»m u1 + u2.

Hi”n nhi¶n, s(cid:252) hºi t(cid:246) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)¢ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong

(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2. T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252), sß d(cid:246)ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p ph¥n r¢ v(cid:160) c¡c c(cid:230)ng thøc

29

sai ph¥n c¡c (cid:31)⁄o h(cid:160)m c§p hai v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c bŁn, sß d(cid:246)ng to¡n tß

Λ x§p x¿ to¡n tß ∆, ch(cid:243)ng ta c(cid:244)ng (cid:31)(cid:247)a ra (cid:31)(cid:247)æc ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:240) møc

(cid:31)º r(cid:237)i r⁄c gi£i b(cid:160)i to¡n (2.12) v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c bŁn. Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p

(cid:31)(cid:247)æc m(cid:230) t£ b‹ng thu“t to¡n sau (cid:31)¥y:

Thu“t to¡n 2

ωh

Λwh

B(cid:247)(cid:238)c 1: Gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n sai ph¥n c§p 2 trong kh(cid:230)ng gian l(cid:247)(cid:238)i

1 = 0, x ∈ ωh

wh

3 , x ∈ γh

1 = gh

Λvh

 

1 , x ∈ ωh

1 = wh

2 , x ∈ γh

1 = gh vh

Λuh

  

1 = vh

1 , x ∈ ωh

  

1 , x ∈ γh

1 = gh uh



B(cid:247)(cid:238)c 2:

0 = f (x, uh

1, vh

1 , wh

1 ), x ∈ ωh

2.0. Cho x§p x¿ ban (cid:31)ƒu ϕh

Λwh

2.1. V(cid:238)i k = 0, 1, 2, . . . , gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n sai ph¥n c§p 2

k, x ∈ ωh

2k = ϕh

wh

2k = 0, x ∈ γh

Λvh

 

2k = wh

2k, x ∈ ωh

vh 2k = 0, x ∈ γh

Λuh

  

1 = vh

2k, x ∈ ωh

  

uh 2k = 0, x ∈ γh.



2k), x ∈ ωh

1 + wh

2k, wh

1 + vh

2k, vh

1 + uh

k+1 = f (x, uh ϕh k = uh uh

1 + uh 2k.

30

2.2. C“p nh“t

k − u(cid:107) = (cid:107)uh

1k − u1(cid:107) + (cid:107)uh

(cid:30)” (cid:31)¡nh gi¡ sai sŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p, ch(cid:243)ng ta cƒn (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)uh 1k − u1 + uh (cid:107)uh 2k − u2(cid:107) ≤ (cid:107)uh ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p sai ph¥n b“c bŁn ta c(cid:226) (cid:107)uh

k −u(cid:107). Ta c(cid:226) 2k − u2(cid:107). Theo k‚t qu£ 1k − u1(cid:107) ≤ O(h4), (cid:31)(cid:231)ng th(cid:237)i theo (cid:107)ϕ1−ϕ0(cid:107).

k −u(cid:107)C(Ωh) ≤ O(h4)+C 3 Ω

(cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2 ta c(cid:244)ng c(cid:226) (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)uh

(cid:107)ϕ1 − ϕ0(cid:107),

qk 1 − q qk 1 − q

k − u(cid:107)C(Ωh) ≤ O(h4) + C 3 Ω tøc l(cid:160) sai sŁ cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:160) c§p bŁn so v(cid:238)i b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i.

2.2 B(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n hØn hæp

V… v“y, ta thu (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)¡nh gi¡ (cid:107)uh

∆3u1(x) = f (x, u, ∆u, ∆2u), x ∈ Ω,

Ch(cid:243)ng ta x†t b(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa tŒng qu¡t

L1u1(x) = g1(x), L2∆u1(x) = g2(x), L3∆2u1(x) = g3(x), x ∈ ∂Ω.

 



(2.15)

Trong (cid:31)(cid:226) L l(cid:160) c¡c to¡n tß di•u ki»n bi¶n (trong (cid:31)(cid:226) c(cid:226) ‰t nh§t 1 to¡n tß l(cid:160)

d⁄ng Neumann). Ho(cid:160)n to(cid:160)n t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) b(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i h» (cid:31)i•u ki»n

bi¶n Dirichlet. Ch(cid:243)ng ta c(cid:244)ng x¥y d(cid:252)ng (cid:31)(cid:247)æc ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p t…m nghi»m

∆3u1(x) = 0, x ∈ Ω

x§p x¿ nh(cid:247) sau. (cid:30)(cid:176)t u = u1 + u2, trong (cid:31)(cid:226) u1, u2 l(cid:160) nghi»m cıa c¡c b(cid:160)i

L1u1(x) = g1(x), L2∆u1(x) = g2(x), L3∆2u1(x) = g3(x), x ∈ ∂Ω,

to¡n  



∆3u2(x) = f (x, u1 + u2, ∆u1 + ∆u2, ∆2u1 + ∆2u2), x ∈ Ω

(2.16)

L1u2(x) = L2∆u2(x) = L3∆2u2(x) = 0, x ∈ ∂Ω.

  (2.17)



Hi”n nhi¶n, n‚u u1(x) l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.16) v(cid:160) u2(x) l(cid:160) nghi»m

cıa b(cid:160)i to¡n (2.17) th… u(x) s‡ l(cid:160) nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.15).

Nh“n x†t 2.4. Vi»c khflng (cid:31)(cid:224)nh s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i v(cid:160) duy nh§t nghi»m cıa b(cid:160)i

31

to¡n l(cid:160) ch(cid:247)a th(cid:252)c hi»n (cid:31)(cid:247)æc, tuy nhi¶n ch(cid:243)ng ta c(cid:226) th” (cid:31)• xu§t thu“t to¡n

t…m nghi»m gƒn (cid:31)(cid:243)ng b‹ng c¡c s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p.

(cid:30)” t…m nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n (2.15), t(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252) nh(cid:247) c¡c thu“t to¡n (cid:31)¢

(cid:31)• xu§t, ch(cid:243)ng t(cid:230)i (cid:31)(cid:247)a ra ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p d(cid:247)(cid:238)i møc vi ph¥n nh(cid:247) sau:

∆3u1(x) = 0, x ∈ Ω

B(cid:247)(cid:238)c 1: Gi£i b(cid:160)i to¡n (cid:31)Łi v(cid:238)i u1

L1u1(x) = g1(x), L2∆u1(x) = g2(x), L3∆2u1(x) = g3(x), x ∈ ∂Ω.

 



B(cid:247)(cid:238)c 2: Gi£i b(cid:160)i to¡n (cid:31)Łi v(cid:238)i u2

∆w2k(x) = ϕk(x), x ∈ Ω

2.0. Cho x§p x¿ ban (cid:31)ƒu ϕ0 = f (x, u1(x), ∆u1(x), ∆2u1(x)), x ∈ Ω.

L3w2k = 0, x ∈ ∂Ω,

∆v2k(x) = wk(x), x ∈ Ω

2.1. V(cid:238)i k = 0, 1, 2 . . . , gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n c§p 2  

L2v2k = 0, x ∈ ∂Ω,

∆u2k(x) = vk(x), x ∈ Ω

  

L1u2k = 0, x ∈ ∂Ω.

  



ϕk+1 = f (x, u1(x) + u2k(x), ∆u1(x) + v2k, ∆2u1(x) + w2k), x ∈ Ω.

2.2. C“p nh“t

B(cid:247)(cid:238)c 3: K‚t hæp nghi»m u = u1 + u2.

T(cid:247)(cid:236)ng t(cid:252), sß d(cid:246)ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p ph¥n r¢ v(cid:160) c¡c c(cid:230)ng thøc sai ph¥n

v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p hai, sß d(cid:246)ng to¡n tß Λ x§p x¿ to¡n tß ∆, ch(cid:243)ng ta

c(cid:244)ng (cid:31)(cid:247)a ra (cid:31)(cid:247)æc ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:240) møc (cid:31)º r(cid:237)i r⁄c gi£i b(cid:160)i to¡n (2.15)

v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c hai. Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)(cid:247)æc m(cid:230) t£ b‹ng thu“t to¡n

sau (cid:31)¥y.

32

Thu“t to¡n 3

ωh

Λwh

B(cid:247)(cid:238)c 1: Gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n sai ph¥n c§p 2 trong kh(cid:230)ng gian l(cid:247)(cid:238)i

1 = 0, x ∈ ωh

L3wh

3 , x ∈ γh

1 = gh

Λvh

 

1 , x ∈ ωh

1 = wh

L2vh

1 = gh

2 , x ∈ γh

Λuh

  

1 , x ∈ ωh

1 = vh

L1uh

  

1 = gh

1 , x ∈ γh



B(cid:247)(cid:238)c 2:

1 ), x ∈ ωh.

1 , wh

1, vh

0 = f (x, uh

2.0. Cho x§p x¿ ban (cid:31)ƒu ϕh

Λwh

2.1. V(cid:238)i k = 0, 1, 2, . . . , gi£i li¶n ti‚p ba b(cid:160)i to¡n sai ph¥n c§p 2

k, x ∈ ωh

2k = ϕh

L3wh

2k = 0, x ∈ γh,

Λvh

 

2k, x ∈ ωh

2k = wh

L2vh

2k = 0, x ∈ γh,

Λuh

  

2k, x ∈ ωh

2k = vh

L1uh

  

2k = 0, x ∈ γh.



1 + uh

2k, vh

1 + vh

2k, wh

1 + wh

2k), x ∈ ωh,

k+1 = f (x, uh ϕh k = uh uh

1 + uh 2k.

2.2. C“p nh“t

Nh“n x†t 2.5. Kh¡c v(cid:238)i thu“t to¡n 1 v(cid:160) thu“t to¡n 2, v… b(cid:160)i to¡n c(cid:226) chøa

d⁄ng (cid:31)i•u ki»n bi¶n Neumann n¶n ch(cid:243)ng ta kh(cid:230)ng th” ¡p d(cid:246)ng l(cid:247)æc (cid:31)(cid:231)

33

sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c bŁn (v… v(cid:247)(cid:238)ng sai ph¥n (cid:31)i•u ki»n bi¶n d⁄ng

Neumann) n¶n ch(cid:243)ng ta ch¿ c(cid:226) th” ¡p d(cid:246)ng l(cid:247)æc (cid:31)(cid:231) sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh

x¡c b“c 2. Nghi»m sŁ thu (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)Łi v(cid:238)i c¡c b(cid:160)i to¡n c§p hai s‡ (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c

hi»n b‹ng c¡c h(cid:160)m trong th(cid:247) vi»n RC2009 v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p 2 theo

b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i.

K‚t lu“n: Trong ch(cid:247)(cid:236)ng 2, lu“n v«n (cid:31)¢ nghi¶n cøu s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i v(cid:160) duy

nh§t nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n Dirichlet,

(cid:31)(cid:231)ng th(cid:237)i x¥y d(cid:252)ng mºt sŁ thu“t to¡n t…m nghi»m x§p x¿ cıa c¡c d⁄ng

b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c 4 trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp

(cid:31)i•u ki»n bi¶n d⁄ng Dirichlet v(cid:160) (cid:31)º ch‰nh x¡c b“c 2 trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp h»

(cid:31)i•u ki»n bi¶n hØn hæp (C(cid:226) chøa d⁄ng (cid:31)i•u ki»n Neuman). C¡c k‚t qu£

34

thß nghi»m c¡c thu“t to¡n s‡ (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong ch(cid:247)(cid:236)ng 3 cıa lu“n v«n.

Ch(cid:247)(cid:236)ng 3

Mºt sŁ k‚t qu£ t‰nh to¡n thß

nghi»m

Sau (cid:31)¥y ch(cid:243)ng ta s‡ (cid:31)(cid:247)a ra mºt sŁ v‰ d(cid:246) minh h(cid:229)a (cid:31)” ki”m tra s(cid:252)

hºi t(cid:246) cıa c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n

(cid:31)Łi v(cid:238)i thu“t to¡n 1 v(cid:160) thu“t to¡n 2. (cid:30)” x¡c (cid:31)(cid:224)nh nghi»m x§p x¿ cıa c¡c

b(cid:160)i to¡n, chia mi•n Ω b‹ng l(cid:247)(cid:238)i chia M × N , ¡p d(cid:246)ng thu“t to¡n thu g(cid:229)n

khŁi l(cid:247)æng t‰nh to¡n gi£i li¶n ti‚p c¡c b(cid:160)i to¡n sai ph¥n trong c¡c thu“t

to¡n. C¡c v‰ d(cid:246) (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra c£ trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp bi‚t tr(cid:247)(cid:238)c ho(cid:176)c kh(cid:230)ng

bi‚t tr(cid:247)(cid:238)c nghi»m (cid:31)(cid:243)ng, trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp bi‚t nghi»m (cid:31)(cid:243)ng, ti¶u chu'n

dłng l(cid:176)p (cid:31)(cid:247)æc ch(cid:229)n l(cid:160) (cid:107)uk − ud(cid:107) ≤ T OL, trong tr(cid:247)(cid:237)ng hæp kh(cid:230)ng bi‚t

tr(cid:247)(cid:238)c nghi»m (cid:31)(cid:243)ng, ti¶u chu'n dłng l(cid:176)p (cid:31)(cid:247)æc ch(cid:229)n l(cid:160) (cid:107)uk+1 −uk(cid:107) ≤ T OL.

C¡c k‚t qu£ t‰nh to¡n (cid:31)(cid:247)æc th(cid:252)c hi»n tr¶n m¡y Intel(R)-Core(TM) i3, m(cid:230)i

3.1 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n thuƒn nh§t

, x ∈ Ω

∆3u = u(x) + (∆u)2 sin πx1 sin πx2 + 2∆2u cos πx1 cos πx2 +

tr(cid:247)(cid:237)ng t‰nh to¡n Matlab 7.0.

1 4

∆2u = ∆u = u = 0, x ∈ ∂Ω,

V‰ d(cid:246) 3.1. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n  



trong (cid:31)(cid:226) Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

35

(cid:30)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n n(cid:160)y, ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng c¡c (cid:31)i•u ki»n cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254)

2.1 (cid:31)•u (cid:31)(cid:247)æc th(cid:228)a m¢n, (chflng h⁄n ch(cid:229)n M = 1.1), tøc l(cid:160) b(cid:160)i to¡n t(cid:231)n

t⁄i duy nh§t nghi»m, ch(cid:229)n mi•n Ω = (0, 1) × (0, 1). Sß d(cid:246)ng thu“t to¡n

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

2.4567 × e − 11

0.093

5

32 × 32

2.4574 × e − 11

0.156

5

64 × 64

2.4574 × e − 11

1.123

5

128 × 128

2.4574 × e − 11

8.611

5

256 × 256

2.4574 × e − 11

66.032

5

B£ng 3.1: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.1

1, k‚t qu£ v• tŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)(cid:247)a ra trong B£ng 3.1

∆3u = −8π6 sin πx1 sin πx2 + 1

V‰ d(cid:246) 3.2. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n

8π6 ((∆u)2 − u∆2u), x ∈ Ω

∆2u = ∆u = u = 0, x ∈ ∂Ω,

 



trong (cid:31)(cid:226), Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

(cid:30)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n n(cid:160)y, ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng c¡c (cid:31)i•u ki»n cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254)

2.1 (cid:31)•u (cid:31)(cid:247)æc th(cid:228)a m¢n tøc l(cid:160) b(cid:160)i to¡n c(cid:244)ng t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m. C(cid:226)

th” th§y nghi»m ch‰nh x¡c cıa b(cid:160)i to¡n l(cid:160) ud = sin πx1 sin πx2. K‚t qu£

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

9.529 × e − 7

0.062

3

32 × 32

6.069 × e − 8

0.082

3

64 × 64

4.282 × e − 9

1.121

3

128 × 128

1.082 × e − 9

5.143

3

256 × 256

1.082 × e − 9

39.762

3

B£ng 3.2: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.2

ch⁄y th(cid:252)c nghi»m thu“t to¡n 2.1 (cid:31)(cid:247)æc th” hi»n (cid:240) B£ng 3.2

(cid:136) Tł c¡c k‚t qu£ th(cid:252)c nghi»m sŁ trong 2 v‰ d(cid:246), ch(cid:243)ng

Nh“n x†t 3.1.

ta th§y thu“t to¡n 2.1 (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n

36

thuƒn nh§t c(cid:226) tŁc (cid:31)ºi hºi t(cid:246) r§t nhanh, (cid:31)º ch‰nh x¡c (cid:31)⁄t c§p bŁn.

(cid:136) C(cid:226) th” th§y r‹ng tŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) cıa thu“t to¡n l(cid:160) kh(cid:230)ng ph(cid:246) thuºc v(cid:160)o

3.2 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n kh(cid:230)ng thuƒn nh§t

∆3u = u(x) + (∆u)2 sin πx1 sin πx2 + 2∆2u cos πx1 cos πx2 + 1

b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i.

4, x ∈ Ω

u = log(x5

V‰ d(cid:246) 3.3. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n  

1 + x5

2 + 1), ∆u = 2 sin x1 sin x2, ∆2u = x1 − x2 + ex1−x2, x ∈ ∂Ω,



trong (cid:31)(cid:226) Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

(cid:30)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n n(cid:160)y, ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng h(cid:160)m v‚ ph£i f (x, u, ∆u, ∆2u)

c(cid:244)ng th(cid:228)a m¢n c¡c (cid:31)i•u ki»n cıa (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1 n¶n b(cid:160)i to¡n bi¶n (cid:31)Łi v(cid:238)i (cid:31)i•u

ki»n bi¶n thuƒn nh§t s‡ t(cid:231)n t⁄i v(cid:160) duy nh§t nghi»m, tł (cid:31)(cid:226) b(cid:160)i to¡n tr¶n

s‡ t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m. Ch(cid:229)n mi•n Ω = (0, 1) × (0, 1). Sß d(cid:246)ng thu“t

to¡n 2.2, k‚t qu£ v• tŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) cıa ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)(cid:247)æc (cid:31)(cid:247)a ra trong

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

8.612 × e − 8

0.062

4

32 × 32

8.610 × e − 8

0.140

4

64 × 64

8.625 × e − 8

1.260

4

128 × 128

8.626 × e − 8

8.658

4

256 × 256

8.626 × e − 8

66.847

4

B£ng 3.3: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.3

∆3u = 8ex1+x2 + sin(ex1+x2 − u) + cos(2ex1+x2 − ∆u) − e(4ex1+x2 −∆2u),

B£ng 3.3. ((cid:30)i•u ki»n dłng l(cid:176)p (cid:107)uk+1 − uk(cid:107) ≤ T OL).

u = ex1+x2, ∆u = 2ex1+x2, ∆2u = 4ex1+x2, x ∈ ∂Ω,

V‰ d(cid:246) 3.4. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n  



trong (cid:31)(cid:226) Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

(cid:30)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n n(cid:160)y, ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng h(cid:160)m v‚ ph£i f (x, u, ∆u, ∆2u)

37

c(cid:244)ng th(cid:228)a m¢n c¡c (cid:31)i•u ki»n cıa (cid:31)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1 n¶n b(cid:160)i to¡n bi¶n (cid:31)Łi v(cid:238)i (cid:31)i•u

ki»n bi¶n thuƒn nh§t s‡ t(cid:231)n t⁄i v(cid:160) duy nh§t nghi»m, tł (cid:31)(cid:226) b(cid:160)i to¡n tr¶n

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

4.827 × e − 8

0.062

4

32 × 32

2.344 × e − 8

0.218

4

64 × 64

2.191 × e − 8

1.404

4

128 × 128

2.181 × e − 8

9.719

4

256 × 256

2.181 × e − 8

70.544

4

B£ng 3.4: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.4

s‡ t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m. C(cid:226) th” th§y nghi»m ch‰nh x¡c cıa b(cid:160)i to¡n l(cid:160) ud = ex1+x2. K‚t qu£ ch⁄y th(cid:252)c nghi»m thu“t to¡n 2.2 (cid:31)(cid:247)æc th” hi»n (cid:240) B£ng 3.4. ((cid:30)i•u ki»n dłng l(cid:176)p (cid:107)uk − ud(cid:107) ≤ T OL).

∆3u = 8 sin x1 sin x2 + sin(x5

1 + x5

2 + sin x1 sin x2 − u)

+ cos(20x3

1 + 20x3

2 − 2 sin x1 sin x2 − ∆u) − 1,

u = x5

1 + x5

2 + sin x1 sin x2, ∆u = 20(x3

2) − 2 sin x1 sin x2,

1 + x3 ∆2u = 120(x1 + x2) + 4 sin x1 sin x2, x ∈ ∂Ω

V‰ d(cid:246) 3.5. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n

trong (cid:31)(cid:226) Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

(cid:30)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n n(cid:160)y, ch(cid:243)ng ta th§y r‹ng h(cid:160)m v‚ ph£i f (x, u, ∆u, ∆2u)

c(cid:244)ng th(cid:228)a m¢n c¡c (cid:31)i•u ki»n cıa (cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1 n¶n b(cid:160)i to¡n bi¶n (cid:31)Łi v(cid:238)i

2 + sin x1 sin x2. K‚t qu£ ch⁄y th(cid:252)c nghi»m thu“t to¡n

1 + x5

(cid:31)i•u ki»n bi¶n thuƒn nh§t s‡ t(cid:231)n t⁄i v(cid:160) duy nh§t nghi»m, tł (cid:31)(cid:226) b(cid:160)i to¡n

38

tr¶n s‡ t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m. C(cid:226) th” th§y nghi»m ch‰nh x¡c cıa b(cid:160)i to¡n l(cid:160) ud = x5 2 (cid:31)(cid:247)æc th” hi»n (cid:240) B£ng 3.5. ((cid:30)i•u ki»n dłng l(cid:176)p (cid:107)uk − ud(cid:107) ≤ T OL)

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

2.863 × e − 9

0.078

3

32 × 32

1.906 × e − 10

0.124

2

64 × 64

2.282 × e − 11

0.842

2

128 × 128

1.223 × e − 11

5.756

2

256 × 256

1.139 × e − 11

42.245

2

B£ng 3.5: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.5

3.3 B(cid:160)i to¡n bi¶n v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n hØn hæp

= 2ex1+x2,

= ex1+x2,

= 4ex1,x2, x ∈ Γ1 = {x1 = 0, x2 ∈ [0, 1]},

∂∆2u ∂x

∂∆u ∂x

∆3u = 8ex1+x2 + sin(ex1+x2 − u) + cos(2ex1+x2 − ∆u) − e(4ex1+x2 −∆2u), ∂u ∂x u = ex1+x2, ∆u = 2ex1+x2, ∆2u = 4ex1+x2, x ∈ Γ2 = ∂Ω \ Γ1,

V‰ d(cid:246) 3.6. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n

trong (cid:31)(cid:226) Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

Nghi»m ch‰nh x¡c cıa b(cid:160)i to¡n l(cid:160) ud = ex1+x2. K‚t qu£ ch⁄y th(cid:252)c

(cid:107)uk − ud(cid:107) ≤ T OL)

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

5.01 × e − 4

0.062

4

32 × 32

1.29 × e − 4

0.218

4

64 × 64

3.24 × e − 5

1.404

4

128 × 128

8.11 × e − 6

9.719

4

256 × 256

2.028 × e − 6

70.544

4

B£ng 3.6: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.6

39

nghi»m thu“t to¡n 2.3 (cid:31)(cid:247)æc th” hi»n (cid:240) B£ng 3.6. ((cid:30)i•u ki»n dłng l(cid:176)p

∆3u = 8 sin x1 sin x2 + sin(x5

1 + x5

2 + sin x1 sin x2 − u)

+ cos(20x3

1 + 20x3

2 − 2 sin x1 sin x2 − ∆u) − 1,

= x5

= 220(x3

1 + x5

2 + sin x1 sin x2,

1 + x3

2) − 2 sin x1 sin x2,

∂∆u ∂x

= 120(x1 + x2) + 4 sin x1 sin x2, x ∈ Γ1 = {x1 = 0, x2 ∈ [0, 1]},

∂u ∂x ∂∆2u ∂x u = x5

1 + x5

2 + sin x1 sin x2, ∆u = 20(x3

1 + x3

2) − 2 sin x1 sin x2,

∆2u = 120(x1 + x2) + 4 sin x1 sin x2, x ∈ Γ2 = ∂Ω \ Γ1,

V‰ d(cid:246) 3.7. X†t b(cid:160)i to¡n bi¶n

1 + x5

trong (cid:31)(cid:226) Ω = (0, 1) × (0, 1), x = (x1, x2).

C(cid:226) th” th§y nghi»m ch‰nh x¡c cıa b(cid:160)i to¡n l(cid:160) ud = x5 2 + sin x1 sin x2. K‚t qu£ ch⁄y th(cid:252)c nghi»m thu“t to¡n 2.3 (cid:31)(cid:247)æc th” hi»n (cid:240)

B(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i

TOL

SŁ lƒn l(cid:176)p Th(cid:237)i gian

16 × 16

0.0029

0.078

5

32 × 32

7.1 × e − 4

0.124

5

64 × 64

1.7 × e − 4

0.842

5

128 × 128

4.49 × e − 5

5.756

5

256 × 256

1.12 × e − 5

42.245

5

B£ng 3.7: TŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) theo b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i cıa V‰ d(cid:246) 3.7

B£ng 3.7. ((cid:30)i•u ki»n dłng l(cid:176)p (cid:107)uk − ud(cid:107) ≤ T OL).

(cid:136) Tł c¡c k‚t qu£ th(cid:252)c nghi»m sŁ trong 7 v‰ d(cid:246), ch(cid:243)ng

Nh“n x†t 3.2.

ta th§y c¡c thu“t to¡n 2.1, 2.2, 2.3 t…m nghi»m x§p x¿ cıa c¡c b(cid:160)i to¡n

bi¶n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n øng v(cid:238)i tłng lo⁄i (cid:31)i•u ki»n bi¶n c(cid:226) tŁc

(cid:31)ºi hºi t(cid:246) r§t nhanh, (cid:31)º ch‰nh x¡c (cid:31)⁄t c§p hai ho(cid:176)c c§p bŁn t(cid:242)y theo

(cid:136) C(cid:226) th” th§y r‹ng tŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) cıa thu“t to¡n c(cid:244)ng kh(cid:230)ng ph(cid:246) thuºc

tłng thu“t to¡n.

40

v(cid:160)o b(cid:247)(cid:238)c l(cid:247)(cid:238)i.

K(cid:152)T LU(cid:138)N

Nºi dung ch‰nh cıa lu“n v«n (cid:31)¢ tr…nh b(cid:160)y c¡c k‚t qu£ khi nghi¶n

cøu ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p t…m nghi»m x§p x¿ (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n bi¶n tam (cid:31)i•u

hÆa phi tuy‚n t‰nh v(cid:238)i h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n Dirichlet v(cid:160) Neumann. C¡c k‚t

qu£ thu (cid:31)(cid:247)æc bao g(cid:231)m:

(i) (cid:30)(cid:247)a ra c¡c h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p hai t…m

nghi»m sŁ cho b(cid:160)i to¡n bi¶n Elliptic c§p hai v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n Neu-

mann v(cid:160) h» ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh sai ph¥n v(cid:238)i (cid:31)º ch‰nh x¡c c§p bŁn t…m nghi»m

sŁ cho b(cid:160)i to¡n bi¶n Elliptic c§p hai v(cid:238)i (cid:31)i•u ki»n bi¶n Dirichlet. (cid:30)¥y

ch‰nh l(cid:160) c(cid:236) s(cid:240) (cid:31)” gi£i sŁ t§t c£ c¡c b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa s‡ (cid:31)(cid:247)æc

nghi¶n cøu trong lu“n v«n.

(ii) Nghi¶n cøu x¥y d(cid:252)ng s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p d(cid:252)a tr¶n ph(cid:247)(cid:236)ng tr…nh to¡n tß t…m

nghi»m x§p x¿ (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n v(cid:238)i h» (cid:31)i•u

ki»n bi¶n thuƒn nh§t, ch¿ ra s(cid:252) t(cid:231)n t⁄i duy nh§t nghi»m cıa b(cid:160)i to¡n

((cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.1) v(cid:160) c¡c (cid:31)i•u ki»n (cid:31)” ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p hºi t(cid:246) ((cid:30)(cid:224)nh l(cid:254) 2.2).

X¥y d(cid:252)ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p t(cid:247)(cid:236)ng øng d(cid:247)(cid:238)i d⁄ng sai ph¥n (Thu“t to¡n

1).

(iii) M(cid:240) rºng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n v(cid:238)i

(cid:31)i•u ki»n bi¶n Dirichlet tŒng qu¡t. X¥y d(cid:252)ng ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p t(cid:247)(cid:236)ng

øng d(cid:247)(cid:238)i d⁄ng sai ph¥n (Thu“t to¡n 2).

(iv) (cid:30)• xu§t x¥y d(cid:252)ng s(cid:236) (cid:31)(cid:231) l(cid:176)p t…m nghi»m x§p x¿ (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n to¡n

(cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n v(cid:238)i h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n Neuman. X¥y d(cid:252)ng ph(cid:247)(cid:236)ng

ph¡p l(cid:176)p t(cid:247)(cid:236)ng øng d(cid:247)(cid:238)i d⁄ng sai ph¥n (Thu“t to¡n 3).

(v) Ti‚n h(cid:160)nh t‰nh to¡n thß nghi»m c¡c thu“t to¡n th(cid:230)ng qua 7 v‰ d(cid:246) c(cid:246)

th”. C¡c k‚t qu£ t‰nh to¡n thß nghi»m qua c¡c v‰ d(cid:246) (cid:31)¢ khflng (cid:31)(cid:224)nh

41

c¡c thu“t to¡n (cid:31)• xu§t l(cid:160) hºi t(cid:246) v(cid:238)i tŁc (cid:31)º hºi t(cid:246) nhanh. (cid:30)º ch‰nh x¡c

(cid:31)⁄t c§p hai (cid:31)Łi v(cid:238)i thu“t to¡n 3 v(cid:160) (cid:31)⁄t c§p bŁn (cid:31)Łi v(cid:238)i thu“t to¡n 1

v(cid:160) thu“t to¡n 2.

H(cid:247)(cid:238)ng ph¡t tri”n ti‚p theo cıa lu“n v«n l(cid:160) m(cid:240) rºng nghi¶n cøu c¡c ph(cid:247)(cid:236)ng

ph¡p t…m nghi»m (cid:31)Łi v(cid:238)i b(cid:160)i to¡n tam (cid:31)i•u hÆa v(cid:238)i c¡c h» (cid:31)i•u ki»n bi¶n

42

phøc t⁄p h(cid:236)n.

T(cid:160)i li»u tham kh£o

Ti‚ng Vi»t

[1] V.V. Quang, T.H. H£i, Gi¡o tr…nh (cid:16)Mºt sŁ thu“t to¡n gi£i sŁ ph(cid:247)(cid:236)ng

tr…nh vi ph¥n (cid:31)⁄o h(cid:160)m ri¶ng(cid:17), NXB (cid:30)H Th¡i nguy¶n, 2018.

[2] V.V. Quang, T.H. H£i, N.T. Tuy”n, X¥y d(cid:252)ng bº ch(cid:247)(cid:236)ng tr…nh RC2009

gi£i sŁ b(cid:160)i to¡n bi¶n elliptic v(cid:238)i h» sŁ h‹ng, T⁄p ch‰ Khoa h(cid:229)c v(cid:160) C(cid:230)ng

ngh» (cid:30)⁄i h(cid:229)c Th¡i Nguy¶n, T.69(07):56-63, 2010.

[3] N.Q. H(cid:247)ng, (cid:30).Q (cid:129), V.V Quang, Ph(cid:247)(cid:236)ng ph¡p l(cid:176)p gi£i b(cid:160)i to¡n bi¶n

Ti‚ng Anh

tam (cid:31)i•u hÆa phi tuy‚n, Hºi th£o Fair 2019, NXB KHCN, 114-119.

[4] Quang A. Dang, Thanh Huong Nguyen, (cid:16)Existence result and iterative

method for solving a nonlinear biharmonic equation of Kirchhoff type(cid:17),

Computers&Mathematics with Applications, 76, pp.11-22, 2018.

[5] B. N. Mishra and M. K. Mohanty, (cid:16)Single Cell Numerov Type Dis-

cretization for 2D Biharmonic and Triharmonic Equations on Uniqual

Mesh(cid:17), Journal of Mathematical and Computational Science, 3, pp242-

253, 2013.

[6] R. K. Mohanty, (cid:16)Single Cell Compact Finite Difference Discretizations

43

of Order Two and Four for Multi-dimensional Triharmonic Problems(cid:17),

Numerical Method for Partial Differential Equation, 26, pp.228-246,

2013.

[7] Samarskij A. and Nikolaev E. (1989), Numerical Methods for Grid

Equations, Vol. 2, Birkhauser, Basel.

[8] D. Lenic, (cid:16)On the boundary integral equations for a two-dimentional

slowly rotating highly viscous fluid flow(cid:17), Advances in Applied Math-

ematics and Mechanics, 1, pp.140-150, 2009.

[9] Timoshenco S. P. and Woinowsky-Krieger S. , (cid:16)Theory of plates and

shells(cid:17), McGraw-Hill, New York, 1970.

[10] H. Ugail, (cid:16)Partial Defferential Equations for Geometric Design(cid:17),

44

Springer, 2011.

PH(cid:214) L(cid:214)C

(C¡c ch(cid:247)(cid:236)ng tr…nh m(cid:230) t£ c¡c thu“t to¡n)

Thu“t to¡n 1

function pt=Thuat_toan_1(n,k,saiso)

clc;

N=2^n;

M=N;

a=1;b=1;

p1=1;p2=M+1;q1=1;q2=N+1;

x10=0;x20=0;l1=a;l2=b;

h1=l1/M;h2=l2/N;

X1=linspace(x10,x10+a,N+1);X2=linspace(x20,x20+b,N+1);

uluu=zeros(N+1);

% Gia tri nghiem dung va ve phai

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

ud(i,j)=u(x1,x2);% Nghiem dung

csi(i,j)=f(x1,x2,0,0,0)+1;

end;

end;

thoigian=cputime;

count=0;ss=10;saiso1=(h1^4+h2^4)/2;ss1=10;

while and(ss>saiso,count

count=count+1;

% giai bai toan w=delta2(u)

b1=delta2(x10,X2);b2=delta2(x10+l1,X2);

b3=delta2(X1,x20);b4=delta2(X1,x20+l2);

45

phiw=csi;

w2=u0000(phiw,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan v=delta(u)

b1=delta(x10,X2);b2=delta(x10+l1,X2);

b3=delta(X1,x20);b4=delta(X1,x20+l2);

phiv=-w2;

v2=u0000(phiv,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan u

b1=u(x10,X2);b2=u(x10+l1,X2);

b3=u(X1,x20);b4=u(X1,x20+l2);

phiu=-v2;

u2=u0000(phiu,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

ss=chuan(ud-u2)

%ss1=chuan(u2-uluu)

uluu=u2;

% hieu chinh csi

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

csi(i,j)=f(x1,x2,u2(i,j),v2(i,j),w2(i,j));

end;

end;

end;

count

thoigian=cputime-thoigian

function u=u(x1,x2)

function delta=delta(x1,x2)

function delta2=delta2(x1,x2)

46

function delta3=delta3(x1,x2)

function f=f(x1,x2,y,z,t)

Thu“t to¡n 2

function pt=Thuat_toan_2(n,k,saiso)

clc;

N=2^n;

M=N;

a=1;b=1;

p1=1;p2=M+1;q1=1;q2=N+1;

x10=0;x20=0;l1=a;l2=b;

h1=l1/M;h2=l2/N;

X1=linspace(x10,x10+a,N+1);X2=linspace(x20,x20+b,N+1);

uluu=zeros(N+1);Z0=zeros(1,N+1);

% Gia tri nghiem dung va ve phai

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

ud(i,j)=u(x1,x2);% Nghiem dung

csi(i,j)=f(x1,x2,0,0,0);

end;

end;

thoigian=cputime;

% buoc 1: giai bai toan voi u1

% giai bai toan w1=delta2(u)

b1=delta2(x10,X2);b2=delta2(x10+l1,X2);

b3=delta2(X1,x20);b4=delta2(X1,x20+l2);

phiw=zeros(N+1);;

47

w1=u0000(phiw,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan v1=delta(u1)

b1=delta(x10,X2);b2=delta(x10+l1,X2);

b3=delta(X1,x20);b4=delta(X1,x20+l2);

phiv=-w1;

v1=u0000(phiv,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan u1

b1=u(x10,X2);b2=u(x10+l1,X2);

b3=u(X1,x20);b4=u(X1,x20+l2);

phiu=-v1;

u1=u0000(phiu,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% Buoc 2: giai bai toan voi u2

% Gia tri nghiem dung va ve phai

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

ud(i,j)=u(x1,x2);% Nghiem dung

csi(i,j)=f(x1,x2,u1(i,j),v1(i,j),w1(i,j));

end;

end;

count=0;ss=10;ss1=10;

saiso1=10^-9;

while and(ss>saiso,count

count=count+1;

% buoc 2: giai bai toan voi u2

% giai bai toan w2=delta2(u)

b1=Z0;b2=Z0;b3=Z0;b4=Z0;

phiw=csi;

48

w2=u0000(phiw,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan v2=delta(u2)

b1=Z0;b2=Z0;b3=Z0;b4=Z0;

phiv=-w2;

v2=u0000(phiv,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan u2

b1=Z0;b2=Z0;b3=Z0;b4=Z0;

phiu=-v2;

u2=u0000(phiu,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

utq=u1+u2;

ss=chuan(ud-utq)

uluu=u2;

% hieu chinh csi

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

csi(i,j)=f(x1,x2,u1(i,j)+u2(i,j),v1(i,j)+v2(i,j),w1(i,j)+w2(i,j));

end;

end;

end;

count

thoigian=cputime-thoigian

function u=u(x1,x2)

function delta=delta(x1,x2)

function delta2=delta2(x1,x2)

function delta3=delta3(x1,x2)

function f=f(x1,x2,y,z,t)

49

Thu“t to¡n 3

function pt=Thuat_toan_3(n,k,saiso)

clc;

N=2^n;

M=N;

a=1;b=1;

p1=1;p2=M+1;q1=1;q2=N+1;

x10=0;x20=0;l1=a;l2=b;

h1=l1/M;h2=l2/N;

X1=linspace(x10,x10+a,N+1);X2=linspace(x20,x20+b,N+1);

uluu=zeros(N+1);Z0=zeros(1,N+1);

% Gia tri nghiem dung va ve phai

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

ud(i,j)=u(x1,x2);% Nghiem dung

csi(i,j)=f(x1,x2,0,0,0);

end;

end;

thoigian=cputime;

% buoc 1: giai bai toan voi u1

% giai bai toan w1=delta2(u)

b1=ddelta2(x10,X2);b2=ddelta2(x10+l1,X2);

b3=delta2(X1,x20);b4=delta2(X1,x20+l2);

phiw=zeros(N+1);;

w1=u1100(phiw,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan v1=delta(u1)

b1=ddelta(x10,X2);b2=ddelta(x10+l1,X2);

50

b3=delta(X1,x20);b4=delta(X1,x20+l2);

phiv=-w1;

v1=u1100(phiv,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan u1

b1=du(x10,X2);b2=du(x10+l1,X2);

b3=u(X1,x20);b4=u(X1,x20+l2);

phiu=-v1;

u1=u0000(phiu,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% Buoc 2: giai bai toan voi u2

% Gia tri nghiem dung va ve phai

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

ud(i,j)=u(x1,x2);% Nghiem dung

csi(i,j)=f(x1,x2,u1(i,j),v1(i,j),w1(i,j));

end;

end;

count=0;ss=10;ss1=10;

saiso1=10^-9;

while and(ss>saiso,count

count=count+1;

% buoc 2: giai bai toan voi u2

% giai bai toan w2=delta2(u)

b1=Z0;b2=Z0;b3=Z0;b4=Z0;

phiw=csi;

w2=u1100(phiw,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan v2=delta(u2)

b1=Z0;b2=Z0;b3=Z0;b4=Z0;

51

phiv=-w2;

v2=u1100(phiv,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

% giai bai toan u2

b1=Z0;b2=Z0;b3=Z0;b4=Z0;

phiu=-v2;

u2=u1100(phiu,b1,b2,b3,b4,l1,l2,M,N,n,p1,p2,q1,q2);

utq=u1+u2;

ss=chuan(ud-utq)

uluu=u2;

% hieu chinh csi

for i=1:M+1

for j=1:N+1

x1=x10+(i-1)*h1;

x2=x20+(j-1)*h2;

csi(i,j)=f(x1,x2,u1(i,j)+u2(i,j),v1(i,j)+v2(i,j),w1(i,j)+w2(i,j));

end;

end;

end;

count

thoigian=cputime-thoigian

function u=u(x1,x2)

function du=du(x1,x2)

function delta=delta(x1,x2)

function ddelta=ddelta(x1,x2)

function delta2=delta2(x1,x2)

function ddelta2=ddelta2(x1,x2)

function delta3=delta3(x1,x2)

function f=f(x1,x2,y,z,t)

52