A fast nonlocal algorithm for solving Neumann-Dirichlet boundary value problems with error control

Предложен метод численного решения краевых задач Неймана-Дирихле для уравнений эллиптического типа, обеспечивающий достижение требуемой точности с низким расходом памяти и машинного времени. Метод адаптирует свойства наилучших полиномиальных приближений для построения быстросходящихся алгоритмов без насыщения на основе нелокальных чебышевских приближений. Предложен новый подход к аппроксимации дифференциальных операторов и решению полученных задач линейной алгебры. Даны оценки погрешности численного решения. Обоснован и установлен экспериментально высокий порядок сходимости предложенного метода в задачах с $C^r$-гладкими и $C^{\infty}$-гладкими решениями. Получены выражения элементов массивов, аппроксимирующих операторы производных в задачах с различными граничными условиями. Эти выражения позволят читателю быстро реализовать метод с нуля. A method for searching numerical solutions to Neumann-Dirichlet boundary value problems for differential equations of elliptic type is proposed. This method allows reaching a desired accuracy with low consumption of memory and computer time. The method adapts the properties of best polynomial approximations for construction of algorithms without saturation on the basis of nonlocal Chebyshev approximations. A new approach to the approximation of differential operators and to solving the resulting problems of linear algebra is also proposed. Estimates of numerical errors are given. A high convergence rate of the proposed method is substantiated theoretically and is shown numerically in the case of problems with $C^r$-smooth and $C^{\infty}$-smooth solutions. Expressions for arrays approximating the differential operators in problems with various types of boundary conditions are obtained. These expressions allow the reader to quickly implement the method from scratch.