Vamos começar com um problema do formulário
com um conjunto de determinadas condições de contorno ( Dirichlet , Neumann , Robin , Periodic , Bloch-Periodic ). Isso corresponde à localização dos valores próprios e dos vetores próprios para algum operador , sob alguma geometria e condições de contorno. Pode-se obter um problema como esse em acústica, eletromagnetismo, elastodinâmica, mecânica quântica, por exemplo.
Eu sei que é possível discretizar o operador usando métodos diferentes, por exemplo, Métodos de Diferenças Finitas para obter
ou usando métodos de elementos finitos para obter
Em um caso, obter um problema de autovalor e um problema generalizado de autovalor no outro. Após obter a versão discreta do problema, é utilizado um solucionador para o problema de autovalor.
Alguns pensamentos
- O método das Soluções Manufaturadas não é útil nesse caso, pois não há termo de origem para equilibrar a equação.
Pode-se verificar se as matrizes e são bem capturadas usando um problema no domínio da frequência com o termo fonte, por exemplo
instead of
But this will not check the solver issues.
Maybe, one can compare solutions for different methods, like FEM and FDM.
Question
What is the way to verify the solutions (eigenvalue-eigenvector pairs) for discretization schemes due to numerical methods like FEM and FDM for eigenvalue problems?
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Respostas:
I realize this question is old, but I just saw it and find it interesting. In the past, I have followed the suggestions found in this question's comments, coupled with some slightly more complicated cases that I'm familiar with in the literature (Orr--Sommerfeld is always handy).
However, I'm also aware of some literature on the inhomogeneous eigenvalue problems that arise when constructing a manufactured solution. There is some discussion of such problems here: DOI: 10.1016. These authors also suggest a so-called Method of Manufactured Cross Sections (MXS, I guess) to avoid this issue altogether, which I won't pretend to understand at the moment, but could very well be useful.
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For the second-order derivative (and the Laplacian on simple domains), expressions for the discrete eigenpairs (i.e. after discretization) are available. For example, for finite-difference, the eigenpairs are listed here.
Expression for the eigenpairs with a finite-element discretization can be found similarly (for P1 and P2 discretization).
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