假定两个函数 和 以及两个任意常数 和 有如下关系:
则称 为线性算子。
在应用矩量法处理问题的过程中,需要求内积 的运算。内积定义为:
式中 是 的复共轭。
在希尔伯特空间 中两个元素 和 的内积是一个标量(实数或复数),记为 。内积满足下列关系:
式中 和 为标量, 为 的共轭量。
下面用线性空间合算子的概念来解释矩量法的含义。假设有一算子方程为第一类Fredholm积分方程
(2.1.7)
式中 为核, 为已知函数, 为未知函数。
首先用线性对立的函数 来近似表示未知函数,即:
(2.1.8)
为待定系数, 为算子域内的基函数。 为正整数,其大小根据要求的精度确定。将 的近似表达式代入算子方程的左端,所得
(2.1.9)
由于 用近似式表示,因此算子方程的左端近似值与右端精确值 之间存在如下的关系:
(2.1.10)
称为余量或残数。如果算子方程的加权平均值为零,即:
(2.1.11)
式中 是权函数序列,这就是加权余量法。将上式展开便可得到典型的矩量方程。所谓内域基,是指基函数 必须在算子 的定义域内选择并且满足边界条件。
矩量法是数值求解场问题的统一的处理方法,对于算子方程 的矩量法解,可以归纳成统一的求解步骤,它包括三个基本的求解过程。
(1) 离散化过程
这一过程的主要的目的在于将算子方程化为代数方程,其具体步骤如下:
1. 在算子 的定义域内适当地选择一组基函数(或称为展开函数) ,它们应该是线性无关的。
2. 将未知函数 表示为该组基的线性组合,并且取有限项近似,
即: (2.1.12)
3. 将式(2.1.12)代入式(2.1.1),利用算子的线性,将算子方程化为代数方程,即:
(2.1.13)
于是,求解 的问题转化为求解 的系数 的问题。
(2) 取样检验过程
为了使 的近似函数 与 之间的误差极小,必须进行取样检验,在抽样点上使加权平均误差为零,从而确定未知系数 ,这一过程的基本步骤为:
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