一类四阶抛物方程一个低阶非协调混合元方法的超收敛分析

对一类四阶抛物方程利用EQ_1~(rot)元和零阶Raviart-Thomas元提出一个低阶非协调混合元逼近格式.首先证明半离散格式逼近解的存在唯一性.其次,基于上述两个单元的高精度分析,利用对时间变量的导数转移技巧并借助插值后处理技术,在半离散格式下得到了原始变量u,中间变量v=—△u的H~1-模意义下以及流量=—▽u的L~2-模意义下O(h~2)阶的超逼近性质和超收敛结果.最后,证明向后Euler全离散格式逼近解的存在唯一性,并通过采用一个新的分裂技巧,导出u和v在H~1-模意义下以及在L~2-模意义下关于h的无条件的O(h~2+τ)阶的超逼近性质和超收敛结果.这里,h及τ分别表示空间剖分参数和时间步长.     

一类非线性四阶双曲方程扩展的混合元方法的超收敛分析

对一类非线性四阶双曲方程利用双线性元Q_(1)及Nedelec's元建立一个扩展的协调混合元逼近格式.首先证明了逼近解的存在唯一性.其次,基于上述两个单元的高精度结果,给出了插值和投影之间的误差估计,再利用对时间t的导数转移技巧和插值后处理技术,在半离散和全离散格式下分别导出了原始变量u和中间变量v=-△u在H~1模及中间变量q=▽u,σ=-▽(△u)在(L~2)~2模意义下单独利用插值和投影所无法得到的具有O(h~2)和O(h~2+τ~2)阶的超收敛结果.最后通过数值算例,表明逼近格式是行之有效的.这里,h和τ分别表示空间剖分参数及时间步长.     

非线性四阶双曲方程低阶混合元方法的超收敛分析

对一类非线性四阶双曲方程利用双线性元Q_(11)及Q_(01)×Q_(10)元给出了一个低阶混合元格式.基于上述两个单元的高精度结果,采用插值和投影相结合的方法,利用对时间t的导数转移技巧,借助插值后处理技术,在半离散格式下导出了原始变量u和中间变量u=-△u在H~1模意义下及流量p=-▽u在(L~2)~2模意义下具有O(h~2)阶的超逼近和超收敛结果.与此同时,在全离散格式下,证明了u和v在H~1模意义下及p在(L~2)~2模意义下单独利用插值或投影所无法得到的具有O(h~2+(△t)~2)阶的超逼近和超收敛结果.     

非线性四阶双曲方程扩展的非协调混合元方法的超收敛分析及外推

对一类非线性四阶双曲方程,利用EQ_1~(rot)元及零阶Raviart-Thomas元建立一个新的扩展的非协调混合元逼近格式.首先证明了逼近解的存在唯一性.其次,基于EQ_1~(rot)元特殊性质,再利用零阶Raviart-Thomas元的高精度分析结果和插值后处理技术,在半离散格式下导出了原始变量u和中间变量v=-?u在H~1模及中间变量q=?u,σ=-?(?u)在(L~2)~2模意义下具有O(h~2)阶的超逼近性质和超收敛结果.最后,利用EQ_1~(rot)元的渐近展开式,构造一个新的合适的外推格式,得到相关变量O(h~3)阶的外推解.     

抛物型积分微分方程新混合元格式的超逼近分析

基于双二次元及其梯度空间,建立了抛物型积分微分方程的一种新混合有限元逼近格式.在不需要Ritz-Volterra投影的前提下,直接利用双二次元插值的高精度结果及关于时间变量的导数转移技巧,在半离散格式下,得到了原始变量u和中间变量p=▽u+integral from n=0 to t▽u(s)ds分别关于H~1模和L~2模的O(h~4)阶超逼近结果,相比插值误差估计,提高了二阶精度.与此同时,对向后Euler格式,导出了u和p分别在H~1模与L~2模意义下的O(h~4+τ)阶超逼近;对Crank-Nicolson-Galerkin格式,在L~2模意义下证明了u和p分别具有O(h~4+τ~2)和O(h~3+τ~2)阶的超逼近性质.其中,h,τ分别表示空间剖分参数和时间步长,t代表时间变量.     

一类四阶抛物积分微分方程混合元方法的超收敛分析

本文的主要目的是利用双线性元Q_(11)及Q_(01)×Q_(10)元研究一类非线性四阶抛物积分微分方程的混合有限元方法.一方面,利用上述两种元的高精度结果以及对时间t的导数转移技巧,在半离散格式下,导出原始变量u和中间变量w=-?u在H~1-模意义下及流量p(向量)=-?u在(L~2)~2-模意义下具有O(h~2)阶的超逼近性质.进一步地,借助插值后处理技术,得到上述变量的整体超收敛结果.另一方面,建立一个新的向后Euler全离散格式.通过采取新的分裂技术,得到u和w在H~1-模意义下及p在(L~2)~2-模意义下具有O(h~2+?t)阶的超逼近和超收敛结果.这里,h和?t分别表示空间剖分参数和时间步长.最后,给出一个数值算例,计算结果验证了理论分析的正确性.     

2-维Ginzburg-Landau方程的一种混合有限元方法的高精度分析

针对2-维Ginzburg-Landau方程,采用EQ_1~(rot)非协调元及零阶RaviartThomas元讨论了一种混合有限元方法.在半离散格式和线性化的Euler格式下,分别有技巧的导出了原始变量u在H~1能量模意义下及流量■在L~2模意义下的O(h~2+τ~2)阶的超逼近性质.给出一个数值算例验证了理论结果的正确性.     

Extended Fisher-Kolmogorov方程的一类低阶非协调混合有限元方法

该文的主要目的是研究Extended Fisher-Kolmogorov(EFK)方程的一类低阶非协调元混合有限元方法.首先引入一个中间变量v=-△u将原方程分裂为两个二阶方程,建立了一个非协调混合元逼近格式,并通过构造一个李雅普诺夫泛函证明了半离散格式逼近解的一个先验估计并证明了解的存在唯一性.在半离散格式下,利用这个先验估计和单元的性质,证明了原始变量u和中间变量v的H~1-模意义下的最优误差估计.进一步地,借助高精度技巧得到了O(h~2)阶的超逼近性质.其次,建立了一个新的线性化的向后Euler全离散格式,通过对相容误差和非线性项采用新的分裂技术,导出了u和v的H~1-模意义下具有O(h+τ)和O(h~2+τ)的最优误差估计和超逼近结果.这里,h,τ分别表示空间剖分参数和时间步长.最后,给出了一个数值算例,计算结果验证了理论分析的正确性,该文的分析为利用非协调混合有限元研究其它四阶初边值问题提供了一个可借鉴的途径.     

一类变系数四阶抛物方程一个低阶非协调混合元方法的超收敛分析

对一类变系数四阶抛物方程利用EQ_1~(rot)及Q_(10)×Q_(01)元给出一个新的扩展的低阶非协调混合元格式.首先,证明逼近解的存在唯一性.其次,基于上述两个单元的高精度结果,利用对时间t的导数转移技巧,在半离散格式下,导出了原始变量u和扩散项v=-?·(a(t)?u)在H~1模及流量=-a(t)?u在L~2模意义下均具有O(h~2)阶的超逼近性质.进一步地,借助插值后处理技术,得到整体超收敛性.最后,通过构造一个适当的辅助问题,得到具有O(h~3)阶的外推解.     

一类非线性四阶双曲方程一个低阶混合元方法的超收敛分析

对一类非线性四阶双曲方程利用双线性元Q_(11)给出一个低阶混合元逼近格式.利用双线性元的高精度结果,关于时间t的导数转移技巧,插值与投影相结合的思想及分裂技术,在半离散格和全离散式下,分别导出原始变量u和中间变量v=-?u在H~1模意义下具有O(h~2)/O(h~2+τ~2)阶的超逼近性质.与此同时,借助插值后处理技术,证明在H1模意义下具有O(h~2)/O(h~2+τ~2)阶的整体超收敛结果.这里,h和τ分别表示空间剖分参数和时间剖分参数.     

粘弹性方程类Wilson元的整体超收敛和外推

本文借助双线性元积分恒等式技巧,对粘弹性方程的类Wilson元解进行了高精度分析.通过证明类 Wilson元的非协调误差在矩形网格下可以达到O(h3)这一独特性质及利用插值后处理技术给出了H1模意义下O(h2)阶的超逼近和整体超收敛结果.进而通过构造合适的外推格式,得到具有更高阶O(h3)精度的数值逼近解.     

非线性抛物方程混合有限元方法的高精度分析

采用双线性元及零阶Raviart-Thomas元（Q₁₁+Q₁₀×Q₀₁）对非线性抛物方程讨论了一种H¹-Galerkin混合有限元方法.提出一个线性化的二阶格式,利用数学归纳法有技巧的导出了原始变量u在H¹（Ω）模意义下及流量p=▽u在L²（Ω）模意义下的O（h²+τ²）阶超逼近性质.引入一个有关初始点的时间离散方程,并利用其得到了▽ ·在L²（Ω）模意义下的O（h²+τ²）阶的超逼近结果.同时利用插值后处理技巧得到整体超收敛.最后,数值算例结果验证了理论分析（其中,h是剖分参数,τ是时间步长）.     

抛物型方程一个新的非协调混合元超收敛性分析及外推

本文研究了抛物型方程在新混合元格式下的非协调混合有限元方法. 在抛弃传统有限元分析的必要工具-Ritz 投影算子的前提下,直接利用单元的插值性质,运用高精度分析和对时间t的导数转移技巧,借助于插值后处理技术,分别导出了关于原始变量u的H¹-模和通量p=▽u在L²-模下的O（h²）阶超逼近性质和整体超收敛. 进一步,通过构造合适的辅助问题,运用Richardson 外推格式,得到了具有更高精度O（h³）阶的外推结果. 最后,给出了一些数值结果验证了理论分析的正确性.     

High accuracy error estimates of a Galerkin finite element method for nonlinear time fractional diffusion equation

In this work, an effective and fast finite element numerical method with high-order accuracy is discussed for solving a nonlinear time fractional diffusion equation. A two-level linearized finite element scheme is constructed and a temporal–spatial error splitting argument is established to split the error into two parts, that is, the temporal error and the spatial error. Based on the regularity of the time discrete system, the temporal error estimate is derived. Using the property of the Ritz projection operator, the spatial error is deduced. Unconditional superclose result in H¹-norm is obtained, with no additional regularity assumption about the exact solution of the problem considered. Then the global superconvergence error estimate is obtained through the interpolated postprocessing technique. In order to reduce storage and computation time, a fast finite element method evaluation scheme for solving the nonlinear time fractional diffusion equation is developed. To confirm the theoretical error analysis, some numerical results are provided.     

Convergence and superconvergence analysis of an anisotropic nonconforming finite element methods for singularly perturbed reaction-diffusion problems

The numerical approximation by a lower order anisotropic nonconforming finite element on appropriately graded meshes are considered for solving singular perturbation problems. The quasi-optimal order error estimates are proved in the ε-weighted H¹-norm valid uniformly, up to a logarithmic factor, in the singular perturbation parameter. By using the interpolation postprocessing technique, the global superconvergent error estimates in ε-weighted H¹-norm are obtained. Numerical experiments are given to demonstrate validity of our theoretical analysis.     

EQ 1 rot nonconforming finite element method for nonlinear dual phase lagging heat conduction equations

EQ rot 1 nonconforming finite element approximation to a class of nonlinear dual phase lagging heat conduction equations is discussed for semi-discrete and fully-discrete schemes. By use of a special property, that is, the consistency error of this element is of order O(h2 ) one order higher than its interpolation error O(h), the superclose results of order O(h2 ) in broken H1 -norm are obtained. At the same time, the global superconvergence in broken H1 -norm is deduced by interpolation postprocessing technique. Moreover, the extrapolation result with order O(h4 ) is derived by constructing a new interpolation postprocessing operator and extrapolation scheme based on the known asymptotic expansion formulas of EQ rot 1 element. Finally, optimal error estimate is gained for a proposed fully-discrete scheme by different approaches from the previous literature.     

CONSTRAINED QUADRILATERAL NONCONFORMING ROTATED Q1 ELEMENT

In this paper, we define a new nonconforming quadrilateral finite element based on the nonconforming rotated Q1 element by enforcing a constraint on each element, which has only three degrees of freedom. We investigate the consistency, approximation, superclose property, discrete Green＇s function and superconvergence of this element. Moreover, we propose a new postprocessing technique and apply it to this element. It is proved that the postprocessed discrete solution is superconvergent under a mild assumption on the mesh.     

多项时间分数阶扩散方程各向异性线性三角元的高精度分析

在各向异性网格下,针对具有Caputo导数的二维多项时间分数阶扩散方程,给出了线性三角形元的高精度分析.首先,基于线性三角形元和改进的L1格式,建立了一个全离散逼近格式,并证明了其无条件稳定性;其次,利用有限元插值算子与Riesz投影算子之间的关系及相关的高精度结果,导出了超逼近性质.进而,借助于插值后处理技术得到了超收敛估计.值得指出的是,单独利用插值算子或Riesz投影都无法得到上述超逼近和超收敛结果.最后,利用数值算例验证了理论分析的正确性.此外,对一些常见的有限单元在该方程的数值逼近方面,作了进一步探讨.     

Two-grid methods for –P1 mixed finite element approximation of general elliptic optimal control problems with low regularity

In this paper, we present a two-grid mixed finite element scheme for distributed optimal control governed by general elliptic equations. –P₁ mixed finite elements are used for the discretization of the state and co-state variables, whereas piecewise constant function is used to approximate the control variable. We first use a new approach to obtain the superclose property between the centroid interpolation and the numerical solution of the optimal control u with order h² under the low regularity. Based on the superclose property, we derive the optimal a priori error estimates. Then, using a postprocessing projection operator, we get a second-order superconvergent result for the control u. Next, we construct a two-grid mixed finite element scheme and analyze a priori error estimates. In the two-grid scheme, the solution of the elliptic optimal control problem on a fine grid is reduced to the solution of the elliptic optimal control problem on a much coarser grid and the solution of a linear algebraic system on the fine grid and the resulting solution still maintains an asymptotically optimal accuracy. Finally, a numerical example is presented to verify the theoretical results.