Решение трехмерной обратной задачи потенциала Вебера
Построение приближенного решения трехмерной обратной задачи потенциала Вебера. Применение метода регуляризации А.Н. Тихонова, получение оценки между регуляризованным и точным решениям. Определение параметра регуляризации трехмерного потенциала Вебера.
Рубрика | Математика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.02.2019 |
Размер файла | 59,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
РЕШЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ПОТЕНЦИАЛА ВЕБЕРА
А.Ш. Надырбекова
В данной работе построено приближенное решение трехмерной обратной задачи потенциала Вебера. Применяя метод регуляризации А.Н. Тихонова, получена оценка между регуляризованным и точным решениям. Так же получена оценка параметра регуляризации.
Постановка задачи
Рассмотрим трехмерный потенциал Вебера:
(1)
где ядро
,
- ограниченная, звездная область относительно начала координаты.
Рассматривается обратная задача об определении плотности (y) по значениям потенциала Вебера w(x). Эта задача является типичным примером «некорректных» задач, следовательно, в первую очередь надо рассматривать вопрос о единственности и устойчивости решения. В работе /1/ в классе непрерывных функции доказана теорема единственности и в множестве корректности получены оценки характеризующие устойчивости решения.
Пусть , где (, , ) - сферические координаты. Переходя к сферическим координатам в (1) имеем:
(2)
где . Разложим функцию
в ряд по степеням : ,
где - многочлен Гегенбауэра. Отсюда (2) имеет вид:
Таким образом, мы получаем интегральное уравнение первого рода в виде:
(3)
где .
Регуляризация
Пусть вместо точного значения w(x) задается приближенное значения w (x) с нормой уклонения, не превосходящей : w (x)- w (x) , >0.
В качестве приближения к точному решению, в методе регуляризации /2/, берется функция , доставляющая минимум сглаживающему функционалу:
где W2 и >0 - параметр регуляризации С0 и С1 - заданные неотрицательные числа (С0, >0, С1>0), .
По теореме А. Н. Тихонова, для любого w существует единственная функция , реализующая минимум сглаживающего функционал .
Необходимым условием минимум функционала является равенство нулю его первой вариации , где (, ) - произвольная функция класса С/(D), удовлетворяющая условиями (0, )=0, (2,)=0, (, 0)=0, (, )=0 и - малый параметр.
Выполняя первую вариацию M, получаем уравнения Эйлера для данного функционала и, учитывая, что функция = мы имеем:
(4)
Напишем разностный аналог уравнения (4). Область интегрирования есть прямоугольник R{02, 0} стороны которого параллельны осям координат. Стороны прямоугольника R мы разобьем соответственно на n и m равных частей; в результате получилось относительно крупная сеть nm прямоугольников. Каждый из этих прямоугольников в свою очередь разделим на четыре равные части. Вершины этой мелкой последней сети прямоугольников примем за узлы Мij кубатурной формулы.
Пусть .
Тогда сеть узлов будет иметь следующие координаты: i=0+ih1(0=0, i=0, 1, 2,…,2n) и j=0+jh2 (0=0, j=0, 1, 2,…,2m).
Для сокращения введем обозначение ( i, j)=()ij.
Заменив левую часть уравнения (4) кубатурной формулой Симпсона к каждому из прямоугольников крупной сети, а - соответствующим конечно-разностным отношением получим:
где и ij - коэффициенты формулы Симпсона.
Значение и получаем с помощью метода ячеек. Для этого используем теорему о среднем и получим:
трехмерный обратный потенциал вебер
где - есть точка области D1.
Таким образом, задача сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений с неизвестными ()ij.
Оценка погрешности
Пусть R является регуляризирующим оператором, который ставят в соответствие элементы w в элемент : =Rw и =Rw..
Поскольку функционал M[, w] достигает минимум на функции =(,), то M[, w] M[, w]. Поэтому A-w2+[ ]A-w2+[].
Так как A=w, w-w получаем
w-w2+[ ]2+[ ] (5)
Следовательно
(6)
Из неравенства треугольника для нормы следует, что
(7)
При =0 из (5) следует, что
w-w2[ ] (8)
Следовательно, последовательность {w} равномерно сходится к {w}, а тем самым {w} равномерно сходится {w} при 0. С другой стороны из (5)
Таким образом, является ограниченным сверху положительной величиной.
Для особых случаев рассмотрим, когда C0=1, C1=1 интегральное уравнение (4) имеет вид
и когда =0:
.
Пусть , где .
Используя формулы (6), (8) имеем:
(9)
где .
Учитывая что, когда C0=1, C1=1 получим:
.
Отсюда (9) имеет вид:
.
Неравенство (9) дает меру влияния погрешности в на решение регуляризации. Пусть - 1, 1 - известный. Учитывая уравнение (4) для особого случая C0=1, C1=1, =0 имеем
.
Берем нормы с обоих сторон, тогда
(10)
С другой стороны
(11)
(11) подставляя на (10), получаем
.
Пусть - 2, 2 - известный.
. (12)
Из неравенства треугольника следует, что --+-, отсюда
(13)
Полученная оценка между регуляризованным и точным решением показывает, что при , 0, .
Литература
Серикбаев А. У. Об устойчивости решении обратной задачи потенциала Вебера// Известия АН РК. Сер.физ.мат., 1992, №5, 41-44 с.
Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. - Москва: Наука, 1986. - 288 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Применение метода дискретной регуляризации Тихонова А.Н. для нахождения решения обратной задачи для однородного бигармонического уравнения в круге. Сведение дифференциальной задачи к интегральному уравнению; корректно и некорректно поставленные задачи.
курсовая работа [280,2 K], добавлен 20.10.2011Понятие обратной матрицы. Пошаговое определение обратной матрицы: проверка существования квадратной и обратной матрицы, расчет определителя и алгебраического дополнения, получение единичной матрицы. Пример расчета обратной матрицы согласно алгоритма.
презентация [54,8 K], добавлен 21.09.2013Описание методов решения системы линейного алгебраического уравнения: обратной матрицы, Якоби, Гаусса-Зейделя. Постановка и решение задачи интерполяции. Подбор полиномиальной зависимости методом наименьших квадратов. Особенности метода релаксации.
лабораторная работа [4,9 M], добавлен 06.12.2011Вычисление и построение матрицы алгебраических дополнений. Решение системы линейных уравнений по формулам Крамера, с помощью обратной матрицы и методом Гаусса. Определение главной и проверка обратной матрицы. Аналитическая геометрия на плоскости.
контрольная работа [126,9 K], добавлен 20.04.2016Суть задачи коммивояжера, ее применение. Общая характеристика методов ее решения: метод полного перебора, "жадные" методы, генетические алгоритмы и их обобщения. Особенности метода ветвей и границ и определение наиболее оптимального решения задачи.
курсовая работа [393,2 K], добавлен 18.06.2011Задачи и методы линейной алгебры. Свойства определителей и порядок их вычисления. Нахождение обратной матрицы методом Гаусса. Разработка вычислительного алгоритма в программе Pascal ABC для вычисления определителей и нахождения обратной матрицы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.02.2013Последовательность решения линейной краевой задачи. Особенности метода прогонки. Алгоритм метода конечных разностей: построение сетки в заданной области, замена дифференциального оператора. Решение СЛАУ методом Гаусса, конечно-разностные уравнения.
контрольная работа [366,5 K], добавлен 28.07.2013Базовые действия над матрицами. Решение матричных уравнений с помощью обратной матрицы и с помощью элементарных преобразований. Понятия обратной и транспонированной матриц. Решение матричных уравнений различных видов: АХ=В, ХА=В, АХВ=С, АХ+ХВ=С, АХ=ХА.
курсовая работа [172,0 K], добавлен 09.09.2013Структура текстовой задачи. Условия и требования задач и отношения между ними. Методы и способы решения задач. Основные этапы решения задач. Поиск и составление плана решения. Осуществление плана решения. Моделирование в процессе решения задачи.
презентация [247,7 K], добавлен 20.02.2015Применение метода дополнительного аргумента к решению характеристической системы. Доказательство существования решения задачи Коши. Постановка задачи численного расчёта. Дискретизация исходной задачи и её решение итерациями. Программа и её описание.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 25.05.2014