We present a new high-order accurate spectral element solution to the two-dimensional scalar Poisson equation subject to a general Robin boundary condition. The solution is based on a simplified version of the shifted boundary method employing a continuous arbitrary order $hp$-Galerkin spectral element method as the numerical discretization procedure. The simplification relies on a polynomial correction to avoid explicitly evaluating high-order partial derivatives from the Taylor series expansion, which traditionally have been used within the shifted boundary method. In this setting, we apply an extrapolation and novel interpolation approach to project the basis functions from the true domain onto the approximate surrogate domain. The resulting solution provides a method that naturally incorporates curved geometrical features of the domain, overcomes complex and cumbersome mesh generation, and avoids problems with small-cut-cells. Dirichlet, Neumann, and general Robin boundary conditions are enforced weakly through: i) a generalized Nitsche's method and ii) a generalized Aubin's method. For this, a consistent asymptotic preserving formulation of the embedded Robin formulations is presented. We present several numerical experiments and analysis of the algorithmic properties of the different weak formulations. With this, we include convergence studies under polynomial, $p$, increase of the basis functions, mesh, $h$, refinement, and matrix conditioning to highlight the spectral and algebraic convergence features, respectively. This is done to assess the influence of errors across variational formulations, polynomial order, mesh size, and mappings between the true and surrogate boundaries.


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泰勒级数的定义 若函数f(x)在点的某一邻域内具有直到(n+1)阶导数,则在该邻域内f(x)的n阶泰勒公式为: f(x)=f(x0)+f`( x0)(x- x0)+f``( x0)(x-x0)²/2!+f```( x0)(x- x0)³/3!+...fn(x0)(x- x0)n/n!+.... 其中:fn(x0)(x- x0)n/n!,称为拉格朗日余项。 以上函数展开式称为泰勒级数。
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