2022年丘成桐大学生数学竞赛决赛Applied Math and Computational Math(overall).pdf

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OverallExam,AppliedandComputationalMathematicspart

QuestionI

Considertheordinarydifferentialequation(ODE)fory(t)∈Ras

2′′21

εy(t)+µ+y(t)=f(t),t0,y(0)=y,

0

2

ε

whereµ0isaconstant,f(t)isagivenfunction,and0ε≪1isasmall

parameter.

1.Usevariation-of-constantformulatoreformulatetheODEintoanequiv-

alentintegralform.

2.ConstructasecondordernumericalschemeforsolvingtheODE,whose

accuracyisindependentofε.

3.Provetheconvergenceratesoftheconstructednumericalschemeabove.

QuestionII

Showthatthefinitedifferencemethod

n+1nnnn

u−uu−2u+u

jjj−1jj+1n

=+u

∆t∆x2j

2

fortheequation∂u=∂u+u(−∞x+∞,t0)isstableif∆t≤1.

∂t∂x2∆x22

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