High-order unconditionally stable FC-AD solvers for general smooth domains II. Elliptic, parabolic and hyperbolic PDEs; theoretical considerations

数学 吉布斯现象 解算器 离散化 傅里叶级数 继续 序列(生物学) 应用数学 椭圆偏微分方程 理论(学习稳定性) 数学分析 交替方向隐式方法 背景(考古学) 趋同(经济学) 颂歌 偏微分方程 数学优化 计算机科学 有限差分法 机器学习 生物 古生物学 经济 程序设计语言 遗传学 经济增长
作者
Mark Lyon,Oscar P. Bruno
出处
期刊:Journal of Computational Physics [Elsevier BV]
卷期号:229 (9): 3358-3381 被引量:81
标识
DOI:10.1016/j.jcp.2010.01.006
摘要

A new PDE solver was introduced recently, in Part I of this two-paper sequence, on the basis of two main concepts: the well-known Alternating Direction Implicit (ADI) approach, on one hand, and a certain “Fourier Continuation” (FC) method for the resolution of the Gibbs phenomenon, on the other. Unlike previous alternating direction methods of order higher than one, which only deliver unconditional stability for rectangular domains, the new high-order FC-AD (Fourier-Continuation Alternating-Direction) algorithm yields unconditional stability for general domains—at an O(Nlog(N)) cost per time-step for an N point spatial discretization grid. In the present contribution we provide an overall theoretical discussion of the FC-AD approach and we extend the FC-AD methodology to linear hyperbolic PDEs. In particular, we study the convergence properties of the newly introduced FC(Gram) Fourier Continuation method for both approximation of general functions and solution of the alternating-direction ODEs. We also present (for parabolic PDEs on general domains, and, thus, for our associated elliptic solvers) a stability criterion which, when satisfied, ensures unconditional stability of the FC-AD algorithm. Use of this criterion in conjunction with numerical evaluation of a series of singular values (of the alternating-direction discrete one-dimensional operators) suggests clearly that the fifth-order accurate class of parabolic and elliptic FC-AD solvers we propose is indeed unconditionally stable for all smooth spatial domains and for arbitrarily fine discretizations. To illustrate the FC-AD methodology in the hyperbolic PDE context, finally, we present an example concerning the Wave Equation—demonstrating sixth-order spatial and fourth-order temporal accuracy, as well as a complete absence of the debilitating “dispersion error”, also known as “pollution error”, that arises as finite-difference and finite-element solvers are applied to solution of wave propagation problems.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
ybheart完成签到,获得积分10
刚刚
霍则风完成签到,获得积分20
刚刚
1秒前
烟花的应助被f0rest采纳,获得30
4秒前
从容棉花糖完成签到,获得积分10
7秒前
小趴菜发布了新的文献求助10
8秒前
橘子完成签到 ,获得积分10
8秒前
Zz完成签到 ,获得积分10
9秒前
李木头完成签到,获得积分10
9秒前
飞矢不动完成签到,获得积分10
14秒前
灿烂而孤独的八戒完成签到 ,获得积分0
14秒前
lsbrc完成签到 ,获得积分10
14秒前
tomato完成签到,获得积分10
16秒前
想人陪的晓刚完成签到 ,获得积分10
17秒前
mufulee完成签到,获得积分10
18秒前
小趴菜发布了新的文献求助10
19秒前
刘泽文完成签到,获得积分10
20秒前
科研通AI6.4的应助被tomato采纳,获得10
23秒前
蔷薇完成签到 ,获得积分10
24秒前
清风完成签到,获得积分10
29秒前
SciGPT的应助被小趴菜采纳,获得10
30秒前
执着忆寒完成签到,获得积分10
32秒前
淡然的冰淇淋完成签到 ,获得积分10
37秒前
JinwenShi完成签到,获得积分10
37秒前
学术大佬阿呆完成签到 ,获得积分10
39秒前
wangjius发布了新的文献求助10
42秒前
活泼惜蕊完成签到 ,获得积分10
44秒前
科研通AI6.4的应助被小趴菜采纳,获得10
51秒前
wangjius完成签到,获得积分10
55秒前
solution完成签到 ,获得积分10
56秒前
57秒前
玛卡巴卡爱吃饭完成签到 ,获得积分10
58秒前
温柔的静丹完成签到,获得积分10
1分钟前
小趴菜发布了新的文献求助10
1分钟前
求助完成签到,获得积分0
1分钟前
OK完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
猫小免完成签到 ,获得积分10
1分钟前
fjhsg25发布了新的文献求助10
1分钟前
小趴菜发布了新的文献求助10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Spec 401: Standards for Jet Fuel Facility and Equipment Commissioning and Flushing at Airports, 2026.1 (Original Issue) 1000
Spec 103: Standard for Jet Fuel Quality Control at Airports, Revision 2026.1 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Topological Photonics: Fundamentals and Applications 500
5th World Conference on Detergents: Reinventing the Industry : Opportunities and Challenges 500
Les Mots du discours 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8097554
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9508097
关于积分的说明 21463871
捐赠科研通 7672116
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3407211
关于科研通互助平台的介绍 2535224
邀请新用户注册赠送积分活动 2446678