数学解的分类

ZhuYuanxiang 2020-05-09 00:00:00
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封闭解

封闭解 ( Closed-form solution ) 就是等式至少有一个解可以使用封闭形式的表达式来表达。

封闭形式的表达式就是包含了有限个标准运算,即常量、变量、运算 ( 加、减、乘、除 ) 和初等函数 ( N 次根、指数、对数、三角函数、双曲函数 )。因为初等函数的运算具有闭包形式,所以这种形式的解称为封闭解,也叫闭式解。

解析解

解析解 ( Analytical solution ) 就是等式至少有一个解可以使用解析形式的表达式来表达。

解析形式的表达式就是包含了封闭形式的表达式的内容外,还容许包括特别函数 ( Bessel 函数Gamma 函数无限级数连续分数 ),不过极限和积分不容许包括在内。

解析解的性质:根据严格的公式推导,给出任意的自变量就可以求出其因变量,也就是问题的解,然后可以利用这些公式计算相应的问题。

用来求得解析解的方法称为解析法 ( Analytical techniques ),解析法即是常见的微积分技巧,例如分离变量法等。

封闭形式的表达式属于解析表达式的子类,因此封闭解也是解析解的子类。

数值解

数值解 ( Numerical solution ) 是采用某种计算方法,如有限元法,数值逼近法,插值法等得到的解。计算结果可以被使用,但是不能根据像解析解那样根据自变量就得出计算值

数值解多发生在无法求得解析解时而采用数值分析的办法求解。

数值分析:是指在「数学分析」( 区别于「离散数学」) 的问题中,对使用「数值近似」( 区别于「符号运算」) 的算法的研究。

在数值分析的过程中,首先会将原方程加以简化,以利于后来的数值分析。例如,会先将微分符号改为差分 ( 微分的离散形式 ) 符号等,然后再用传统的代数方法将原方程改写成另一种方便求解的形式。这时的求解步骤就是将一自变量带入,求得因变量的近似解,因此利用此方法所求得的因变量为一个个离散的数值,不像解析解为一连续的分布,而且因为经过上述简化的操作,其正确性也不如解析法可靠。

Summary

简而言之,解析解就是给出解的具体函数形式,从解的表达式中就可以算出任何对应值;数值解就是用数值方法求出近似解,给出一系列对应的自变量和解。