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拉克斯等價定理

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拉克斯等價定理(Lax equivalence theorem)是数值分析中,針對線性有限差分法分析的基本定理,和線性偏微分方程的數值求解有關。拉克斯等價定理提出:對適定線性初值問題的線性一致有限差分方法,此方法收斂若且唯若此方法稳定[1]

此定理的重要性在:針對偏微分方程的有限差分法,會希望此方法滿足收斂性,但一般來說這很難確認,因為數值方法是由遞迴關係式所定義,而微分方程可微函数有關,兩個數學工具本質的差異很大,很難證明其收斂性。而一致性是指有限差分法有正確地近似偏微分方程,這可以直接確認,而穩定性一般來說比收斂性要容易判斷(收斂性要證明在一切情形下,其捨入誤差都不會破壞其運算)。因此,多半會用拉克斯等價定理來證明收斂。

在此條目中的穩定是指迭代中矩陣的範數最多為1,稱為(實務上的)Lax–Richtmyer穩定性[2]。多半會用冯诺依曼稳定性分析代替收斂。不過冯诺依曼稳定性只在一些情形代表Lax–Richtmyer穩定性。

此定理是由拉克斯·彼得所提出的,有時也稱為Lax–Richtmyer定理,得名自拉克斯·彼得和Robert D. Richtmyer英语Robert D. Richtmyer.[3]

參考資料

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  1. ^ Strikwerda, John C. Finite Difference Schemes and Partial Differential Equations 1st. Chapman & Hall. 1989: 26, 222. ISBN 0-534-09984-X. 
  2. ^ Smith, G. D. Numerical Solution of Partial Differential Equations: Finite Difference Methods有限度免费查阅,超限则需付费订阅 3rd. Oxford University Press. 1985: 67–68. ISBN 0-19-859641-3. 
  3. ^ Lax, P. D.; Richtmyer, R. D. Survey of the Stability of Linear Finite Difference Equations. Communications on Pure and Applied Mathematics. 1956, 9 (2): 267–293. MR 0079204. doi:10.1002/cpa.3160090206.