Sources/Lexikon/Hermitesche-Polynome: Unterschied zwischen den Versionen

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Die Funktionen  
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::<math>\begin{array}{ccc}    \phi_1(\xi) &=& 1-3\,\xi^2+2\,\xi^3\\  \phi_2(\xi) &=& \ell \left(\xi-2\,\xi^2+\xi^3\right)\\  \phi_3(\xi) &=& 3\,\xi^2-2\,\xi^3\\  \phi_4(\xi) &=& \ell \left(\xi^3-\ell\,\xi^2\right)\\ \end{array}</math>
::<math>\begin{array}{ccc}    \phi_1(\xi) &=& 1-3\,\xi^2+2\,\xi^3\\  \phi_2(\xi) &=& \ell \left(\xi-2\,\xi^2+\xi^3\right)\\  \phi_3(\xi) &=& 3\,\xi^2-2\,\xi^3\\  \phi_4(\xi) &=& \ell \left(\xi^3-\xi^2\right)\\ \end{array}</math>


heißen Hermite-Polynome.
heißen Hermite-Polynome.

Aktuelle Version vom 4. Dezember 2024, 08:19 Uhr

In der Methode der Finiten Elemente verwenden wir Trial-Functions, die eindeutig den kinematischen Koordinaten an den Element-Knoten zugeordnet werden. Diese besonderen Trial-Functions heißen Hermite-Polynome.

So können wir als Formfunktion für ein Finites Element ein Polynom dritten Grades

w(x)=∑i=03ai⋅xi

wählen, die gesuchten generalisierten Koordinaten des Systems sind dann

a0,a1,a2,a3.

Äquivalent - aber viel praktischer - ist die Darstellung durch die neuen Koordinaten

W0=w(0)Φ0=w′(0)W1=w(ℓ)Φ1=w′(ℓ)

Die resultierende Formfunktion ist wiederum ein Polynom dritten Grades:

w(x)=(1−3⋅x2ℓ2+2⋅x3ℓ3)⏟=:ϕ1(xℓ)⋅W0+(x−2⋅x2ℓ+x3ℓ2)⏟=:ϕ2(xℓ)⋅Φ0+(3⋅x2ℓ2−2⋅x3ℓ3)⏟=:ϕ3(xℓ)⋅W1+(x3ℓ2−x2ℓ)⏟=:ϕ4(xℓ)⋅Φ1

Maxima Source-Code

Für kubische Polynome finden Sie hier die Herleitung.


/* Maxima */

C : [[a[0], a [1],a[2], a [3]],

    [W[0],Phi[0],W[1],Phi[1]]];

ansatz: [w[1] = sum(a[i]*x^(i),i,0,3)];

bc : [subst([x=0], subst(ansatz,w[1]) )= W [0],

     subst([x=0],diff(subst(ansatz,w[1]),x))=Phi[0],
     subst([x=l],     subst(ansatz,w[1])   )= W [1],
     subst([x=l],diff(subst(ansatz,w[1]),x))=Phi[1]];

sol[1] : solve(bc,C[1]);

ansatz: append(ansatz, [w[2] = sum(coeff(expand(subst(sol[1],subst(ansatz,w[1]))),C[2][i])*C[2][i],i,1,4)]);



Die Funktionen

ϕ1(ξ)=1−3ξ2+2ξ3ϕ2(ξ)=ℓ(ξ−2ξ2+ξ3)ϕ3(ξ)=3ξ2−2ξ3ϕ4(ξ)=ℓ(ξ3−ξ2)

heißen Hermite-Polynome.