L. Учёт граничных условий Неймана

Граничные условия Неймана учитываются намного проще, чем Дирихле: заданный на границе поток сразу даёт вектор s\overrightarrow{s} (ненулевой только в граничных узлах), который входит только в правую часть системы — матрицу жёсткости a2Ka^2 K менять не нужно.

Стационарный случай

Для примера с пятью узлами (заданы потоки g0g_0 и g4g_4; источник на крайних симплексах нулевой, F0F_0=F4{} = F_4=0{} = 0) модифицированный вектор правой части:

P\displaystyle \overrightarrow{P} =F\displaystyle {} = \overrightarrow{F}+a2s\displaystyle {} + a^2 \overrightarrow{s}=(a2g0F1F2F3a2g4).\displaystyle {} = \begin{pmatrix} a^2 g_0 \\ F_1 \\ F_2 \\ F_3 \\ a^2 g_4 \end{pmatrix}.

Нестационарный случай

Для нестационарной задачи оператор — DD+Δta2K{} + \Delta t \cdot a^2 K, а поток входит в правую часть с множителем Δt\Delta t:

[D+Δta2K]qn\displaystyle \left[D + \Delta t \cdot a^2 K\right] \cdot \overrightarrow{q}_n =ΔtF\displaystyle {} = \Delta t \cdot \overrightarrow{F}+Dqn1\displaystyle {} + D \cdot \overrightarrow{q}_{n-1}+Δta2s.\displaystyle {} + \Delta t \cdot a^2 \overrightarrow{s}.

Модифицированный вектор правой части:

P\displaystyle \overrightarrow{P} =ΔtF\displaystyle {} = \Delta t \cdot \overrightarrow{F}+Dqn1\displaystyle {} + D \cdot \overrightarrow{q}_{n-1}+Δta2s\displaystyle {} + \Delta t \cdot a^2 \overrightarrow{s}=ΔtF\displaystyle {} = \Delta t \cdot \overrightarrow{F}+Dqn1\displaystyle {} + D \cdot \overrightarrow{q}_{n-1}+(Δta2g0000Δta2g4).\displaystyle {} + \begin{pmatrix} \Delta t \cdot a^2 g_0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ \Delta t \cdot a^2 g_4 \end{pmatrix}.

Оператор DD+Δta2K{} + \Delta t \cdot a^2 K уже невырожден (матрица демпфирования DD положительно определена, (D+Δta2K)1(D + \Delta t \cdot a^2 K)\,\overrightarrow{1}=D1{} = D \overrightarrow{1}0{} \neq 0), поэтому нестационарная задача Неймана разрешима даже без условий Дирихле.