Study guide: Introduction to finite element methods

$$ \newcommand{\uex}{{u_{\small\mbox{e}}}} \newcommand{\Aex}{{A_{\small\mbox{e}}}} \newcommand{\half}{\frac{1}{2}} \newcommand{\tp}{\thinspace .} \newcommand{\Oof}[1]{\mathcal{O}(#1)} \newcommand{\x}{\boldsymbol{x}} \newcommand{\X}{\boldsymbol{X}} \renewcommand{\u}{\boldsymbol{u}} \renewcommand{\v}{\boldsymbol{v}} \newcommand{\e}{\boldsymbol{e}} \newcommand{\f}{\boldsymbol{f}} \newcommand{\dfc}{\alpha} % diffusion coefficient \newcommand{\Ix}{\mathcal{I}_x} \newcommand{\Iy}{\mathcal{I}_y} \newcommand{\Iz}{\mathcal{I}_z} \newcommand{\If}{\mathcal{I}_s} % for FEM \newcommand{\Ifd}{{I_d}} % for FEM \newcommand{\Ifb}{{I_b}} % for FEM \newcommand{\sequencei}[1]{\left\{ {#1}_i \right\}_{i\in\If}} \newcommand{\basphi}{\varphi} \newcommand{\baspsi}{\psi} \newcommand{\refphi}{\tilde\basphi} \newcommand{\psib}{\boldsymbol{\psi}} \newcommand{\sinL}[1]{\sin\left((#1+1)\pi\frac{x}{L}\right)} \newcommand{\xno}[1]{x_{#1}} \newcommand{\Xno}[1]{X_{(#1)}} \newcommand{\xdno}[1]{\boldsymbol{x}_{#1}} \newcommand{\dX}{\, \mathrm{d}X} \newcommand{\dx}{\, \mathrm{d}x} \newcommand{\ds}{\, \mathrm{d}s} $$

Example on computing numerical approximations

>>> nodes = [0, 0.5, 1]
>>> elements = [[0, 1], [1, 2]]
>>> phi = basis(d=1)
>>> x = sp.Symbol('x')
>>> f = x*(1-x)
>>> A, b = assemble(nodes, elements, phi, f, symbolic=False)
>>> A
[ 0.166666666666667, 0.0833333333333333,                  0]
[0.0833333333333333,  0.333333333333333, 0.0833333333333333]
[                 0, 0.0833333333333333,  0.166666666666667]
>>> b
[          0.03125]
[0.104166666666667]
[          0.03125]
>>> c = A.LUsolve(b)
>>> c
[0.0416666666666666]
[ 0.291666666666667]
[0.0416666666666666]