We analyse parallel overlapping Schwarz domain decomposition methods for the Helmholtz equation, where the subdomain problems satisfy first-order absorbing (impedance) transmission conditions, and exchange of information between subdomains is achieved using a partition of unity. We provide a novel analysis of this method at the PDE level (without discretization). First, we formulate the method as a fixed point iteration, and show (in dimensions 1,2,3) that it is well-defined in a tensor product of appropriate local function spaces, each with $L^2$ impedance boundary data. Given this, we then obtain a bound on the norm of the fixed point operator in terms of the local norms of certain impedance-to-impedance maps arising from local interactions between subdomains. These bounds provide conditions under which (some power of) the fixed point operator is a contraction. In 2-d, for rectangular domains and strip-wise domain decompositions (with each subdomain only overlapping its immediate neighbours), we present two techniques for verifying the assumptions on the impedance-to-impedance maps which ensure power contractivity of the fixed point operator. The first is through semiclassical analysis, which gives rigorous estimates valid as the frequency tends to infinity. These results verify the required assumptions for sufficiently large overlap. For more realistic domain decompositions, we directly compute the norms of the impedance-to-impedance maps by solving certain canonical (local) eigenvalue problems. We give numerical experiments that illustrate the theory. These also show that the iterative method remains convergent and/or provides a good preconditioner in cases not covered by the theory, including for general domain decompositions, such as those obtained via automatic graph-partitioning software.


翻译:我们分析相平行重叠的Schwarz 域分解方法, 用于 Helmholtz 等式, 分域问题满足了一级吸收( 简化) 传输条件, 分域之间的信息交流是通过统一分割实现的。 我们在 PDE 一级( 没有分解) 对这一方法进行了新颖的分析 。 首先, 我们将该方法发展成一个固定点迭代, 并显示( 在尺寸为1, 2, 3) 它在适当的本地功能空间的导体产品中定义得非常明确, 每种都与阻碍边界数据相重叠 。 有鉴于此, 我们随后获得固定点值的自动吸收( 简化) 规则操作员的规范, 即通过子域间点之间的局部互动, 某些阻碍到干扰的地图的规范。 这些界限提供了一种条件, 固定点操作员( 有某种力量) 缩缩放, 并且( 我们每个子域只重叠了它的近邻 ), 我们提出两种方法来核查 阻碍- 固定值的直径值的直径值操作者, 也可以通过精确的直径解的直径解的直径解结果 。

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