Στη συνέχεια, θα θεωρήσουμε ένα πλήρως διακριτό σχήμα, διακριτοποιώντας και ως προς τον χρόνο το ημιδιακριτό σχήμα
(6.4) με την μέθοδο των Crank–Nicolson.
Θέτουμε και πάλι και
, , μια διαμέριση του .
Θεωρούμε λοιπόν τις προσεγγίσεις , , τέτοιες ώστε
|
|
|
(6.30) |
όπου μια προσέγγιση της και . Η (6.30)
γράφεται και ως εξής
|
|
|
(6.31) |
Με ανάλογο τρόπο όπως και για την πεπλεγμένη μέθοδο του Euler στην προηγούμενη παράγραφο,
η (6.31)
είναι ισοδύναμη με ένα γραμμικό σύστημα της μορφής
|
|
|
όπου και είναι οι πίνακες της (6.6) και
διανύσματα με συνιστώσες , .
Εύκολα βλέπουμε ότι ο πίνακας είναι συμμετρικός και θετικά ορισμένος και, άρα, αντιστρέφεται. Επομένως,
|
|
|
(6.32) |
Συνεπώς, επειδή γνωρίζουμε το διάνυσμα , χρησιμοποιώντας την (6.32)
μπορούμε να προσδιορίσουμε
αναδρομικά τα και κατ’επέκταση την προσέγγιση της .
Θεώρημα 6.6.
Έστω η λύση της (6.1) με
και , , ικανοποιούν την
(6.30) με .
Τότε, υπάρχει σταθερά , ανεξάρτητη των και , τέτοια ώστε
|
|
|
(6.35) |
Απόδειξη.
Θέτουμε και πάλι και ,
οπότε .
Λόγω της (6.25) αρκεί να εκτιμήσουμε την .
Μπορούμε να δούμε ότι το ικανοποιεί την ακόλουθη σχέση
|
|
|
(6.36) |
όπου και
|
|
|
|
|
|
|
|
Πράγματι έχουμε
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Από την (6.27) έχουμε ότι . Επίσης, λόγω του αναπτύγματος Taylor
έχουμε
|
|
|
|
|
|
|
|
από όπου προκύπτει ότι . Τέλος, χρησιμοποιώντας και πάλι το
ανάπτυγμα Taylor,
έχουμε
|
|
|
|
|
|
|
|
Συνεπώς . Συνδυάζοντας τις παραπάνω εκτιμήσεις, λαμβάνουμε
Επιλέγοντας τώρα στην (6.36), παίρνουμε
|
|
|
|
|
|
|
|
Οπότε
|
|
|
από την οποία παίρνουμε
Συνεπώς, έχουμε
|
|
|
Επομένως, λόγω των (6.25), (6.37) και του γεγονότος ότι , έχουμε ότι ισχύει
η επιθυμητή
σχέση (6.35).
∎