G. Mathematics of Computing
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Bei der numerischen Lösung von Optimalsteuerungsproblemen mit
elliptischen partiellen Differentialgleichungen als Nebenbedingung
treten unvermeidlich Diskretisierungs- und Iterationsfehler auf.
Man ist aus Aufwandsgründen daran interessiert die dabei entstehenden
Fehler nicht sehr klein wählen zu müssen. In der Folge werden die linearisierten Nebenbedingungen in einem Composite-Step-Verfahren nicht exakt erfüllt. In dieser Arbeit wird der Einfluss dieser Ungenauigkeit auf das Konvergenzverhalten von Newton-Lagrange-Verfahren untersucht.
Dabei sollen mehrere einschlägige lokale Konvergenzresultate diskutiert werden.
Anschließend wird ein konkretes Composite-Step-Verfahren formuliert, in dem die Genauigkeit der
inneren Iterationsverfahren adaptiv gesteuert werden kann.
Am Ende der Arbeit wird an zwei Musterproblemen die hohe Übereinstimmung der analytischen
Voraussagen und der tatsächlichen Performanz der dargestellten Methoden demonstriert.
Bei der numerischen Lösung von Optimalsteuerungsproblemen mit
elliptischen partiellen Differentialgleichungen als Nebenbedingung
treten unvermeidlich Diskretisierungs- und Iterationsfehler auf.
Man ist aus Aufwandsgründen daran interessiert die dabei entstehenden
Fehler nicht sehr klein wählen zu müssen. In der Folge werden die linearisierten Nebenbedingungen in einem Composite-Step-Verfahren nicht exakt erfüllt. In dieser Arbeit wird der Einfluss dieser Ungenauigkeit auf das Konvergenzverhalten von Newton-Lagrange-Verfahren untersucht.
Dabei sollen mehrere einschlägige lokale Konvergenzresultate diskutiert werden.
Anschließend wird ein konkretes Composite-Step-Verfahren formuliert, in dem die Genauigkeit der
inneren Iterationsverfahren adaptiv gesteuert werden kann.
Am Ende der Arbeit wird an zwei Musterproblemen die hohe Übereinstimmung der analytischen
Voraussagen und der tatsächlichen Performanz der dargestellten Methoden demonstriert.
„Diskrete Mathematik, was ist das?“, ist eine typische Frage von Lehrern mit traditioneller Mathematikausbildung, denn dort kam und kommt diskrete Mathematik kaum vor. Die etwas Aufgeschlosseneren fragen: „Wenn (schon wieder) etwas Neues unterrichtet werden soll, was soll denn dann im Lehrplan gestrichen werden?“ Auf die zweite Frage wird hier nicht eingegangen. Das Ziel dieses Aufsatzes ist es, in diskrete Mathematik einzuführen, Interesse an diesem Fachgebiet zu wecken und dazu anzuregen, dieses auch im Schulunterricht (ein wenig) zu berücksichtigen. Die Schüler und Schülerinnen werden dafür dankbar sein – eine Erfahrung, die in vielen Unterrichtsreihen gemacht wurde.