Discretização x Leapfrog

De Física Computacional
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A discretização de segunda ordem da equação da onda é dada por:

Uin+1−2Uin+Uin−1(Δt)2=v2Ui+1n−2Uin+Ui−1n(Δx)2

e pode ser reescrita para Uin+1 como:

Uin+1=2(1−r2)Uin+r2[Ui+1n+Ui−1n]−Uin−1,

onde r=vΔtΔx.

Utilizando as equações de s e k obtidas da dedução do método de Leapfrog, podemos escrever:

Uin+1=sin+12Δt+Uin(1),

sin−12=Uin−Uin−1Δt,(2)

ki−12n=vUin−Ui−1nΔx,(3)

ki+12n=vUi+1n−UinΔx(4)

e

sin+12=sin−12+r(ki+12n−ki−12n).(5)

Substituindo as equações (2), (3) e (4) em (5), obtemos:

sin+12=Uin−Uin−1Δt+v2ΔtΔx(Ui+1n+Ui−1n−2Uin).(6)

Por fim, substituindo a equação (6) na equação (1), obtemos

Uin+1=Uin−Uin+1+v2Δt2Δx2(Ui+1n+Ui−1n−2Uin)+Uin,

de onde podemos obter a mesma expressão que a discretização de segunda ordem da equação da onda nos dá:

Uin+1=2(1−r2)Uin+r2[Ui+1n+Ui−1n]−Uin−1.