We present new second-kind integral-equation formulations of the interior and exterior Dirichlet problems for Laplace's equation. The operators in these formulations are both continuous and coercive on general Lipschitz domains in $\mathbb{R}^d$, $d\geq 2$, in the space $L^2(\Gamma)$, where $\Gamma$ denotes the boundary of the domain. These properties of continuity and coercivity immediately imply that (i) the Galerkin method converges when applied to these formulations; and (ii) the Galerkin matrices are well-conditioned as the discretisation is refined, without the need for operator preconditioning. The main significance of these results is that it was recently proved (see Chandler-Wilde and Spence, Numer. Math., 150(2):299-271, 2022) that there exist 2- and 3-d Lipschitz domains and 3-d starshaped Lipschitz polyhedra for which the operators in the standard second-kind integral-equation formulations for Laplace's equation (involving the double-layer potential and its adjoint) $\textit{cannot}$ be written as the sum of a coercive operator and a compact operator in the space $L^2(\Gamma)$. Therefore there exist 2- and 3-d Lipschitz domains and 3-d starshaped Lipschitz polyhedra for which Galerkin methods in $L^2(\Gamma)$ do $\textit{not}$ converge when applied to the standard second-kind formulations, but $\textit{do}$ converge for the new formulations.


翻译:我们为 Laplace 的方程式展示了内部和外部二类内分解问题的新二类内分解配方;这些配方的操作员对一般利普西茨域的持续和胁迫性作用,以$mathbb{R ⁇ d$,$d\geq 2美元,空间$L22(\Gamma)美元,其中$Gamma$表示域的边界。这些连续性和腐蚀性特性立即意味着:(一) 加勒金方法在应用这些方程式时会趋同;和(二) 加勒金矩阵是完善的,因为离异性化得到了完善,而不需要为操作员设定先决条件。这些结果的主要意义是最近证明(见Chandler-Wilde和Spence,Nummer.Mat.,150(2):299-271,2022美元表示存在2和3d利普施利普西茨域域域域域域域域域和3dlipschitz limhedlational-lipislational-lationforate deal developal destrations) 3G-listal-lationslationslation 和G-libal-lational-libal-lation 3xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx。

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