\section{Einleitung}
\subsection{Allgemein}
-In dieser Arbeit wollen wir uns mit numerischen Lösungsverfahren für die homogene Laplace-Gleichung
+In dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit numerischen Lösungsverfahren für die homogene Laplace-Gleichung mit Dirichlet-Randbedingungen,
\begin{align}
- \varDelta u &= 0 &\text{ in } \Omega& \subset \R^3\\
u &= f &\text{ auf } \Gamma&:=\partial\Omega \nonumber
\end{align}
-beschäftigen, wobei
+ wobei
$\Omega \subset \R^3$ beschränkte Teilmenge von $\R^3$
-mit Rand $\Gamma := \partial \Omega$\\
+mit Dirichlet-Rand $\Gamma := \partial \Omega$\\
$\abs{u(x)} = O(\abs{x}^{-1}) \nonumber$
Daraus folgt:
% \end{align}
\subsection{Netz}
+Für die Diskretisierung des Problems wollen wir nun einige Begriffe definieren.
\begin{defi}
- Sei $T \subseteq \R^3$ ein achsenorientiertes Rechteck, wenn sich aus dem Eckpunkt $C \in \R^3$, alle weiteren Knoten schreiben lassen als $\{ C + a\cdot A, C + a \cdot A + b \cdot B , C + b \cdot B\}$, wobei Vektoren $A,B \in \{(1,0,0)^T,(0,1,0)^T,(0,0,1)^T\}$ und Skalare $a,b\neq0$ sind und der Flächeninhalt $|T| > 0$.
+ Sei $T \subseteq \R^3$ ein achsenorientiertes Rechteck, wenn sich aus dem Eckpunkt $C \in \R^3$, alle weiteren Knoten schreiben lassen als $\{ C + a\cdot A, C + a \cdot A + b \cdot B , C + b \cdot B\}$, wobei Vektoren $A,B \in \{(1,0,0)^T,(0,1,0)^T,(0,0,1)^T\}$ und Skalare $a,b\neq0$ sind und der Flächeninhalt $|T| > 0$. Weiterhin sei
+ \begin{align}
+ C_T &:= \{ c_i:1\leq i \leq 4\}
+ \end{align}
+die Menge der Eckpunkte des Rechtecks.
\end{defi}
+
\begin{defi}
- Sei $\T_{\ell} = \{T_1,T_2,\dots,T_N\}$ eine Triangulierung von $\Gamma$. Dann gilt:
+ Sei $\T_{\ell} = \{T_1,T_2,\dots,T_N\}$ eine \todo{Triangulierung ($\to$ Dreiecke?)} von $\Gamma$. Dann gilt:
\begin{itemize}
\item $\overline{\Gamma} = \bigcup_{j=1}^NT_j$
\item $\forall T_j \in T_{\ell}$ abgeschlossen und nicht null $\abs{T_j}>0$
\item $\abs{T_j \cap T_k} = 0$ mit $T_j,T_k\in\T_{\ell}$ und $T_j\neq T_k$
\end{itemize}
\end{defi}
+Den Begriff der Triangulierung wollen wir hier noch stärker definieren, da wir pro Seite eines Rechtecks nur einen hängenden Knoten zulassen wollen.
+\begin{defi}
+ Eine Triangulierung $\T$ von $\Gamma$ sei gültig, wenn auf jeder Kante eines Rechtecks maximal ein Knoten liegt. Daraus folgt, dass pro Seite eines Rechtecks
+ \begin{itemize}
+ \item entweder kein Nachbarelement
+ \item oder genau ein Nachbarelement
+ \item oder genau zwei Nachbarelemente
+ \end{itemize}
+anliegen können. Weiterhin wollen wir auch verlangen, dass der auf der Kante liegende Knoten die Seite halbiert, die beiden Nachbarlemente also die gleiche Seitenlänge an der anliegenden Kante haben.
+\end{defi}
+\todo{Reguläres Netz auch definieren?}
+\todo{+Bild}
\subsubsection{Verfeinern}
\begin{defi}
- Sei $\T_{\ell/2}$ das aus der Verfeinerung von $\T_{\ell}$ resultierende Netz
+ Sei $\T_{\ell/2}$ die aus der Verfeinerung von $\T_{\ell}$ resultierende gültige Triangulierung.
\end{defi}
\begin{alg}[Verfeinern] \label{alg:refine} Sei $\T_{\ell} = \{T_1,T_2,\dots,T_N\}$ eine gegebenes Netz und $marked$ eine gegebene Markierung wobei $marked_j \hat =$ Markierung von $T_j$. Nun sei $j = 1$ und gehe so vor:
\begin{enumerate}