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求解变阶积分微分方程的有效数值技术。 (英语) Zbl 1496.65177号

摘要:本文给出了求解变阶Fredholm-Volterra积分微分方程(VO-FV-IDEs)、VO-FV-IDEs和变阶Volterra偏积分微分方程组(VO-V-PIDEs)的有效数值方法。本文提出的方法是将谱配置法与移位分数阶Gegenbauer多项式(SFGPs)的变阶分数阶微分积分运算矩阵相结合。该技术将所考虑的问题简化为易于求解的代数方程组。讨论了使用SFGPs的误差界估计。最后,通过几个数值应用,验证了所建议技术的真实性和有效性。将该方法与现有文献中其他数值方法的结果进行了比较,这些应用的数值结果表明了该方法的高精度和高性能。

MSC公司:

65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
33立方厘米 超几何型正交多项式和函数(Jacobi、Laguerre、Hermite、Askey格式等)
34A08号 分数阶常微分方程
45J05型 积分微分方程
65兰特 积分方程的数值方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] SG桑科;Ross,B.,变分数阶积分和微分,积分变换。特殊功能。,1, 4, 277-300 (1993) ·Zbl 0820.26003号 ·doi:10.1080/10652469308819027
[2] Neto,JP;科埃略,RM;瓦莱里奥,D。;Vinga,S。;Sierociuk,D。;Malesza,W。;马西亚斯,M。;Dzielinski,A.,通过可变阶导数简化生化肿瘤骨重塑模型,计算。数学。申请。,75, 9, 3147-3157 (2018) ·Zbl 1409.92088号 ·doi:10.1016/j.camwa.2018.01.037
[3] 英国石油公司Moghaddam;Machado,JAT,强迫变阶分数范德波尔振荡器的时间分析,欧洲物理学会。J.规格顶部。,226, 16, 3803-3810 (2017) ·doi:10.1140/epjst/e2018-00019-7
[4] Coimbra,CF,变阶微分算子力学,《物理学年鉴》。,12, 11-12, 692-703 (2003) ·Zbl 1103.26301号 ·doi:10.1002/andp.2003511511-1203
[5] 阿尔梅达,R。;巴斯托斯,NR;蒙特罗,MTT,用分数微分方程模拟一些真实现象,数学。方法应用。科学。,39, 16, 4846-4855 (2016) ·Zbl 1355.34075号 ·doi:10.1002/mma.3818
[6] 阿尔梅达,R。;巴斯托斯,NR;Monteiro,MTT,使用优化方法的变阶分数马尔萨斯增长模型,Stat.Optim。信息计算。,6, 1, 4-11 (2018) ·doi:10.19139/soic.v6i1.465
[7] Smetanin,BI,关于含有夹杂物的弹性体情况下轴对称问题的积分方程,J.Appl。数学。机械。,55, 3, 371-375 (1991) ·Zbl 0787.73016号 ·doi:10.1016/0021-8928(91)90041-R
[8] Shah,P.V.、Patel,A.D.、Salehbhai,I.A.、Shukla,A.K.:分数阶电路模型的解析解。In:抽象与应用分析,Hindawi(2014)·兹比尔1469.94218
[9] Moreles,M.A.,Lainez,R.:分数阶电路的数学建模。arXiv预印arXiv:1602.03541,(2016)·Zbl 1485.78003号
[10] EH多哈;马萨诸塞州阿卜杜勒卡维;阿明(AZM Amin);Lopes,AM,关于解变阶分数阶积分微分方程的谱方法,计算。申请。数学。,37, 3, 3937-3950 (2018) ·兹比尔1404.65192 ·doi:10.1007/s40314-017-0551-9
[11] Wang,J.、Liu,L.、Chen,Y.、Liu、L.、Liw,D.Y.:一类基于Bernstein多项式的变阶分数阶积分微分方程的数值研究。计算。模型。工程科学。(2015)
[12] Sun,K.,Zhu,M.:基于切比雪夫多项式求解一类变阶分数阶积分微分方程的数值算法。数学。探针。工程(2015)·Zbl 1394.65113号
[13] EH多哈;马萨诸塞州阿卜杜勒卡维;阿明(AZM Amin);Baleanu,D.,解变阶分数阶Volterra积分微分方程的谱技术,数值。方法部分差异。Equ.、。,34, 5, 1659-1677 (2018) ·Zbl 1407.65211号 ·doi:10.1002/num.22233
[14] 甘吉,RM;贾法里,H。;Nemati,S.,《求解变阶积分微分方程的新方法》,J.Compute。申请。数学。,379, 112946 (2020) ·Zbl 1450.45005号 ·doi:10.1016/j.cam.2020.112946
[15] Tuan,N.H.、Nemati,S.、Ganji,R.M.、Jafari,H.:使用Bernstein多项式对多变量阶分数阶积分微分方程进行数值求解。《工程计算》,第1-9页(2020年)
[16] Babaei,A。;贾法里,H。;Banihashemi,S.,基于第六类Chebyshev配置法的变阶分数阶非线性二次积分微分方程的数值解,J.Compute。申请。数学。,377, 112908 (2020) ·Zbl 1451.65231号 ·doi:10.1016/j.cam.2020.112908
[17] Liu,J.,Li,X.,Wu,L.:基于第二类切比雪夫多项式求解变阶分数阶微分积分方程的运算矩阵技术。高级数学。物理。(2016) ·兹比尔1416.65232
[18] Dehestani,H。;鄂尔多斯哈尼,Y。;Razzaghi,M.,求解变阶分数阶偏积分微分方程的伪运算矩阵法,工程计算。,37, 3, 1791-1806 (2021) ·doi:10.1007/s00366-019-00912-z
[19] Yi,M。;黄,J。;王,L.,求解变阶分数阶积分微分方程的运算矩阵法,计算。模型。工程科学。,96, 361-377 (2013) ·兹比尔1356.65205
[20] 尤兹巴申夫。,基于伯恩斯坦多项式的配点法求解非线性Fredholm-Volterra积分微分方程,应用。数学。计算。,273, 142-154 (2016) ·兹比尔1410.65290
[21] 阿联酋El-Kalaawy;EH多哈;埃兹·埃尔迪安,SS;马萨诸塞州阿卜杜勒卡维;哈菲兹,RM;阿明(AZM Amin);巴利亚努,D。;Zaky,MA,使用分数Gegenbauer函数解决一类分数变分和最优控制问题的计算效率方法,Roman。物理代表。,70, 2, 90109 (2018)
[22] 马萨诸塞州阿卜杜勒卡维;洛佩斯,AM;Babatin,MM,求解变阶分数阶泛函微分方程的移位分数阶Jacobi配置法,混沌孤子分形,134109721(2020)·Zbl 1483.65108号 ·doi:10.1016/j.chaos.2020.109721
[23] 埃尔金迪,KT;Smith-Miles,KA,《使用Gegenbauer积分矩阵解决边值问题、积分和积分-微分方程》,J.Compute。申请。数学。,237, 1, 307-325 (2013) ·Zbl 1259.65212号 ·doi:10.1016/j.cam.2012.05.024
[24] 伊扎德哈,MM;Saberi-Nadjafi,J.,变系数时间分数阶对流扩散方程的Gegenbauer谱方法,数学。方法应用。科学。,38, 15, 3183-3194 (2015) ·Zbl 1329.35334号 ·doi:10.1002/mma.3289
[25] Ahmed,HF,求解二维时空分数扩散方程的Gegenbauer配置算法,CR Acad。膨胀。科学,72,8,1024-1035(2019)·Zbl 1463.35012号
[26] Ahmed,H.F.,Bahgat,M.S.M.,Zaki,M.:多维分数时间和空间耦合Burgers方程的数值研究。Pramana 94(1),1-22(2020)
[27] 艾哈迈德,HF;穆巴拉克,MRA;Hashem,WA,Gegenbauer谱τ算法求解分数阶电报方程及其收敛性分析,Pramana,95,2,1-16(2021)
[28] El-Gindy,T。;艾哈迈德,HF;Melad,MB,移位Gegenbauer运算矩阵及其在求解分数阶微分方程中的应用,J.埃及。数学。Soc.,26,1,72-90(2018)·Zbl 1436.65078号 ·doi:10.21608/JOMES.2018.9463
[29] 艾哈迈德,HF;梅勒德,MB,求解分数阶微分代数方程的新数值方法,J.分形。微积分应用。,9, 2, 141-162 (2018) ·Zbl 1499.65360号
[30] 艾哈迈德,HF;Melad,MB,使用移位超球面多项式解决分数最优控制问题的新方法,Prog。分形。不同。申请。,4, 3, 179-195 (2018) ·doi:10.18576/pfda/040303
[31] Ahmed,HF,解决多维分数最优控制问题的数值技术,J.Taibah Univers。科学。,12, 5, 494-505 (2018) ·doi:10.1080/16583655.2018.1491690
[32] Samko,SG,变阶分数积分与微分,分析。数学。,21, 3, 213-236 (1995) ·Zbl 0838.26006号 ·doi:10.1007/BF01911126
[33] 多哈,EH,超球面多项式的微分展开系数和导数,计算。数学。申请。,21, 2-3, 115-122 (1991) ·Zbl 0723.33008号 ·doi:10.1016/0898-1221(91)90089-M
[34] Odibat,Z.M.,Shawagfeh,N.T.:广义泰勒公式。申请。数学。计算。186(1), 286-293 (2007) ·Zbl 1122.26006号
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