Сеточный метод решения одной начально-краевой задачи для многомерного уравнения параболического типа общего вида

The problems concerning the physical process studies that lead to mathematical models based on a parabolic type equation are of great practical importance.When solving the parabolic equation, a transition from the one-dimensional equation to the multidimensional one gives a rise to some difficulties. The trouble is that amount of computations significantly increases in the transition from the one-dimensional problems to the multidimensional ones In this regard a task to build the economical difference schemes for a numerical solution of multidimensional problems is a challenge.A difference scheme that approximates the problem over time is economical, if it is unconditionally stable and the desirable number of arithmetic operations in the transition from layer to layer is proportional to the number of nodes in each time layer.The paper dwells on the construction of a locally one-dimensional (economical) difference scheme for the approximate solution of a parabolic type equation of a general form in a multidimensional domain, the main idea of which is to reduce a complex problem to a sequential solution of boundary value problems of a simpler structure. At the same time, there is a construction of the economical, unconditionally stable difference scheme for each of the intermediate problems. To have a numerical solution of the problem, there is a construction of the locally one-dimensional difference scheme of A.A. Samarsky. Using a method of energy inequalities allows us to obtain a priori estimates in the differential and difference interpretations, whence it follow that there are the uniqueness, stability, as well as the convergence of the solution of the locally one-dimensional difference scheme to the solution of the original differential problem. For a bi-dimensional problem, a numerical solution algorithm is constructed.Большое практическое значение имеют задачи, связанные с исследованием физических процессов, приводящих к  математическим моделям, в основе которых лежит уравнение параболического типа.При решении параболических уравнений переход от одномерного случая к многомерному вызывает существенные затруднения. Сложность заключается в значительном увеличении объёма вычислений, возникающем при переходе от одномерных задач к многомерным. В этой связи актуальное значение приобретает задача построения экономичных разностных схем для численного решения многомерных задач.Разностную схему, аппроксимирующую задачу со временем, называют экономичной, если она безусловно устойчива и при переходе от слоя к слою требуется количество арифметических операций, пропорциональное числу узлов на  каждом временном слое.Настоящая работа посвящена построению локально-одномерной (экономичной) разностной схемы для приближенного решения уравнения параболического типа общего вида в многомерной области, основная идея которой состоит в сведении сложной задачи к последовательному решению краевых задач более простой структуры. При этом для каждой из промежуточных задач строится экономичная, безусловно устойчивая разностная схема.  Для численного решения поставленной задачи строится локально-одномерная разностная схема А.А. Самарского. Методом энергетических неравенств получены априорные оценки в дифференциальной и разностной трактовках, откуда следуют единственность, устойчивость, а также сходимость решения локально-одномерной разностной схемы к решению исходной дифференциальной задачи. Для двумерной задачи построен алгоритм численного решения

ON CONSTRUCTION AND ANALYSIS OF FINITE DIFFERENCE SCHEMES FOR PSEUDOPARABOLIC PROBLEMS WITH NONLOCAL BOUNDARY CONDITIONS

In this paper the one- and two-dimensional pseudoparabolic equations with nonlocal boundary conditions are approximated by the Euler finite difference scheme. In the case of classical boundary conditions the stability of all schemes is investigated by the spectral method. Stability regions of finite difference schemes approximating pseudoparabolic problem are compared with the stability regions of the classical discrete parabolic problem. These results are generalized for problems with nonlocal boundary conditions if a matrix of the finite difference scheme can be diagonalized. For the two-dimensional problem an efficient algorithm is constructed, which is based on the combination of the FFT method and the factorization algorithm. General stability results, known for the three level finite difference schemes, are applied to investigate the stability of some explicit approximations of the two-dimensional pseudoparabolic problem with classical boundary conditions. A connection between the energy method stability conditions and the spectrum Hurwitz stability criterion is shown. The obtained results can be applied for pseudoparabolic problems with nonlocal boundary conditions, if a matrix of the finite difference scheme can be diagonalized