Jonni Lohi Discrete exterior calculus and higher order Whitney forms Master’s Thesis in Information Technology March 26, 2019 University of Jyväskylä Faculty of Information Technology Author: Jonni Lohi Contact information:
[email protected] Supervisors: Lauri Kettunen, and Jukka Räbinä Title: Discrete exterior calculus and higher order Whitney forms Työn nimi: Diskreetti ulkoinen laskenta ja korkeamman asteen Whitney-muodot Project: Master’s Thesis Study line: Applied Mathematics and Scientific Computing Page count: 71+0 Abstract: Partial differential equations describing various phenomena have a natural ex- pression in terms of differential forms. This thesis discusses higher order Whitney forms as approximations for differential forms. We present how they can be used with discrete exte- rior calculus to discretise and solve partial differential equations formulated with differential forms. Keywords: discrete exterior calculus, Whitney forms Suomenkielinen tiivistelmä: Monenlaisia ilmiöitä kuvaavat osittaisdifferentiaaliyhtälöt voi- daan esittää luonnollisella tavalla differentiaalimuotojen avulla. Tämä tutkielma käsittelee korkeamman asteen Whitney-muotoja differentiaalimuotojen approksimaatioina. Tutkiel- massa esitetään, kuinka niitä voidaan käyttää diskreetin ulkoisen laskennan kanssa differen- tiaalimuotojen avulla muotoiltujen osittaisdifferentiaaliyhtälöiden diskretisointiin ja ratkai- semiseen. Avainsanat: diskreetti ulkoinen laskenta, Whitney-muodot i List of Figures Figure 1. p-simplices with p 2 f0;1;2;3g.....................................................11 Figure 2. A two-dimensional simplicial mesh. The orientations of the simplices are illustrated with arrows. .................................................................. 15 Figure 3. The small triangles fk; f g of a triangle f for all k in I(3;1), I(3;2), and I(3;3).20 Figure 4. The small tetrahedra fk;vg of a tetrahedron v for all k in I(4;1) and I(4;2).