Ja , dies ist der Standardtrick von Aubin-Nitsche (oder Dualität ). Die Idee ist, die Tatsache zu verwenden, dass sein eigener dualer Raum ist, um die -Norm als Operatornorm
zu schreiben
Wir müssen also für beliebiges schätzen . Dazu "heben" wir zu indem wir zuerst für beliebiges die Lösung des dualen Problems
L2L2(U-uh,φ)φ∈L2u-uhH 1 0 φ∈L2wφ∈H 1 0 ( ∇ w φ , ∇ v ) = ( φ , V ) ,
∥u∥L2=supϕ∈L2∖{0}(u,ϕ)∥ϕ∥L2.
(u−uh,ϕ)ϕ∈L2u−uhH10ϕ∈L2wϕ∈H10‖Wφ‖ H 2 ≤C‖φ‖ L 2 .(∇wϕ,∇v)=(ϕ,v)for all v∈H10.(1)
Unter Verwendung der Standardregelmäßigkeit der Poisson-Gleichung wissen wir, dass
∥wϕ∥H2≤C∥ϕ∥L2.
Das Einfügen von in und die Verwendung der Galerkin-Orthogonalität für jede Finite-Elemente-Funktion (in Ihrem Fall stückweise linear) ergibt die Schätzung
Da dies für alle , ist die Ungleichung immer noch wahr, wenn wir das Infimum über alle stückweise linearen . Wir erhalten daher
(1) w h ( ϕ , u - u h )v=u−uh∈H10(1)whwHwh ‖ u - u h ‖ L 2 = sup φ ∈ L 2 ∖ { 0 } ( u - u h , φ )
(ϕ,u−uh)=(∇wϕ,∇(u−uh))=(∇wϕ−∇wh,∇(u−uh))≤C∥u−uh∥H1∥wϕ−wh∥H1.
whwh∥u−uh∥L2=supϕ∈L2∖{0}(u−uh,ϕ)∥ϕ∥L2≤C∥u−uh∥H1supϕ∈L2∖{0}infwh∥wϕ−wh∥H1∥ϕ∥L2.(2)
Dies ist das
Aubin-Nitsche-Lemma .
Der nächste Schritt besteht nun darin, Standardfehlerschätzungen für die beste Finite-Elemente-Näherung von Lösungen für die Poisson-Gleichung zu verwenden. Da nur in , erhalten wir keine bessere Schätzung als
Glücklicherweise können wir die Tatsache nutzen, dass eine höhere Regelmäßigkeit aufweist als die rechte Seite anstelle von . In diesem Fall haben wir
Einfügen von und inH 1 ‖uH1wϕϕ∈L2H-1 inf w h ‖ w ϕ - w h ‖ H 1 ≤
∥u−uh∥H1≤infvh∥u−vh∥H1≤c∥u∥H1≤C∥f∥H−1.(3)
wϕϕ∈L2H−1 (3)(4)(2)infwh∥wϕ−wh∥H1≤ch∥wϕ∥H2≤Ch∥ϕ∥L2(4)
(3)(4)(2) liefert nun die gewünschte Schätzung.
(Beachten Sie, dass die Standardschätzungen erfordern, dass der Polynomgrad der Finite-Elemente-Näherung und der Sobolev-Exponent der wahren Lösung erfüllen , sodass dieses Argument für die stückweise konstante ( ) Näherung nicht funktioniert . Wir haben auch das - dh, wir haben eine konforme Näherung - was für stückweise Konstanten nicht gilt.)m m < k + 1 k = 0 u - u h ≤ H 1 0kmm<k+1k=0u−uh∈H10
Da Sie nach einer Referenz gefragt haben: Eine Aussage (auch für negative Sobolev-Räume anstelle von ) finden Sie in Satz 5.8.3 (zusammen mit Satz 5.4.8) inH−sL2
Susanne C. Brenner und L. Ridgway Scott , MR 2373954 Die mathematische Theorie der Finite-Elemente-Methoden , Texte in der angewandten Mathematik ISBN: 978-0-387-75933-3.