Prof. Dr. A. Schmidt M.Sc. D. Zvegincev
Numerik partieller Differentialgleichungen
WS 2019/20 — ¨Ubung 11 — 14.01.2020
Abgabe: 21.01.2020 — Abgabe Programmieraufgabe: 28.01.2020
Aufgabe 24(Zur Effizienz des Fehlersch¨atzers) (6 Punkte) Zu einem nicht degeneriertend-SimplexS ⊂Rd definiere das PolynomψS ∈Pd+1(S) durch
ψS(x) = (d+ 1)d+1
d
Y
i=0
λi(x),
wobeiλi die baryzentrischen Koordinaten zu S sind.
Zu vorgegebenem k≥1 sei ϕ∈Pk(S). Zeigen Sie die Absch¨atzungen:
a) k√
ψSϕkL2(S) ≥ ckϕkL2(S), b) kψSϕkL2(S) ≤ kϕkL2(S),
c) k∇(ψSϕ)kL2(S) ≤ c 1
h(S)kϕkL2(S).
Programmieraufgabe 4 (12 Punkte)
Verwenden Sie in FEniCS Fehlersch¨atzer und adaptive Methoden, um die folgenden Probleme zu bearbeiten:
a) L¨osen Sie mit Ihrem Programm das Dirichlet-Problem
−∆u = f in Ω = (0,1)2, u(x) = exp(−10|x|2).
b) L¨osen Sie mit Ihrem Programm das Dirichlet-Problem (vgl. Programmieraufgabe 3 b):
−∆u = 0 in Ω = (−1,1)2\([0,1]×[−1,0]), u(rcosφ, rsinφ) = r23sin
2 3φ
auf ∂Ω.
Testen Sie jeweils den Fehlersch¨atzerη:=
qP
SηS2 gegen¨uber dem exakten Fehler|u−uh|H1(Ω)
und w¨ahlen Sie die Konstanten in den Fehlerindikatoren so, dass beide etwa gleich groß sind.
Verwenden Sie global verfeinerte Gitter sowie adaptiv verfeinerte Gitter mit der vorgegebenen Markierungs-Strategie (D¨orfler) und iterieren Sie so lange, bis eine vorgegebene Fehler-Toleranz erreicht ist. Stellen Sie jeweils den (exakten und gesch¨atzten) Fehler gegen¨uber der Anzahl der Freiheitsgrade dar (am besten in log-log-Skalen).
Vergleichen und diskutieren Sie die Ergebnisse f¨ur die F¨alle a) und b).
