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Dieses Buch ist aus Vorlestmgen entstanden, die der Autor an der Ruhr-Universitiit Bochum und an der Christian-Albrechts-Universitiit Kiel fUr Studenten der Mathematik gehalten hat. Die vorliegende Abhandltmg beschriinkt sich auf partielle Differentialgleichtmgen yom ell i p tis c hen Typ, da andemfalls die Darstelltmg entweder zu oberfliichlich oder zu umfangreich geriete. Die folgende Skizze zeigt, welche Aufgaben sich bei elliptischen Differentialgleichungen ergeben. A: Theorie der B: Diskretisierungen C: Numerische Analyse: elliptischen (Differenzenverfahren, Konvergenz, Gleichtmgen finite Elemente, etc) Stabilitiit ~ ~ elliptische diskrete Gleichung ---------------- Randwertaufgabe i D: Gleichungsauflbsung E: Theorie der a) direkt oder durch Iterationsverfahren b) I terationsverfahren Die The 0 r i e der elliptischen Gleichtmgen (A) beschiiftigt sich mit den Fragen nach Existenz, Eindeutigkeit und Eigenschaften der Lbsung. Das erste Problem der Numerik ist die Beschreibtmg von Dis k ret i s i run e g s ve r fa h r en (B), die endlich dimension ale Gleichungen fUr Niihertmgen der Lbsung ergeben. D~r anschlieEende zweite Teil der Numerik ist die n u mer i s c h e A n a 1 y (C) s der e betreffenden Verfahren. Insbesondere ist zu kliiren, ob tmd wie schnell die Niiherung gegen die exakte Lbsung konvergiert. Die Auflbstmg der endlichdimensionalen Gleichtmgen CD, E) ist 3 6 i. allg. kein einfaches Problem, da 10 bis 10 Unbekannte auftreten kennen. Die Dis kussion dieses dritten numerischen Problemkreises ist hier ausgespart (man findet es z. B.
Sommario
Notation.- 1 Partielle Differentialgleichungen und ihre Einteilung in Typen.- 2 Die Potentialgleichung.- 3 Die Poisson-Gleichung.- 4 Differenzenmethode für die Poisson-Gleichung.- 5 Allgemeine Randwertaufgaben.- 6 Exkurs über Funktionalanalysis.- 7 Variationsformulierung.- 8 Die Methode der finiten Elemente.- 9 Regularität der Lösung.- 10 Spezielle Differentialgleichungen.- 11 Eigenwertprobleme.- 12 Stokes-Gleichungen.
