×

曲面环面上Schnakenberg反应扩散系统的斑点模式。 (英语) Zbl 1430.35133号

作者摘要:对于环面上的Schnakenberg活化剂-抑制剂模型,在小活化剂与抑制剂扩散率比(varepsilon^2\ll 1)的奇摄动范围内,我们导出了描述曲率对单个局部点慢漂移动力学影响的简化常微分方程,以及单点和双点模式快速振幅不稳定性的稳定阈值。通过混合渐近数值分析,我们得到了环面上Laplace-Beltrami(Delta_g)和Helmholtz(Delta-g-V)算子与Green函数有关的某些量的结果。为此,我们引入了一种新的解析-数值方法来计算曲面上的格林函数,该方法只需要对一个如所需规则的问题进行数值求解。这使得在奇点位置处格林函数的性质能够得到高精度的确定。该方法适用于任意度量张量(g,)一阶微分算子(X,)和光滑势(V)的(Delta_g+X-V)形式的算子它以微局部方法为中心,用于分析确定奇异点周围区域内格林函数局部行为的所有奇异项的系数。格林函数的剩余项用有限差分数值求解。本文的主要目的是介绍该技术的理论基础,并用数值方法证明其在曲面上精确屈服格林函数性质的能力。所有结果都得到了圆环上Schnakenberg反应扩散系统的数值有限元解的证实。

MSC公司:

35K57型 反应扩散方程
35秒25 偏微分方程背景下的奇异摄动
58J05型 流形上的椭圆方程,一般理论
58J37型 流形上偏微分方程的摄动;渐近的
58J32型 流形上的边值问题
35B36型 PDE背景下的模式形成

软件:

pde2路径
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Baartman J E、Temme A J和Saco P M 2018地形变化对植被格局和相关沉积物动力学地球表面过程的影响。土地43 2121-35·doi:10.1002/esp.4377
[2] Bastiaansen R、Carter P和Doelman A 2019旱地生态系统斜坡地形上稳定的平面植被条纹模式非线性32 2759·Zbl 1419.35104号 ·doi:10.1088/1361-6544/ab1767
[3] Bastiaansen R、Chirilus-Bruckner M和Doelman A 2018具有空间变化系数的扩展Klausmeier模型的脉冲解(arXiv:1812.07804)
[4] Borgdorff A J和Choquet D 2002 ampa受体横向运动的调节Nature417 649·doi:10.1038/nature00780
[5] Chang Y、Tzou J、Ward M和Wei J 2019《R2 Eur.J.Appl》中布鲁塞尔模型局部斑点模式的稳定阈值。数学30 791-828·Zbl 1427.35107号 ·doi:10.1017/S0956792518000426
[6] Chen W和Ward M J 2011二维Gray-Scott模型SIAM J.Appl中局部斑点模式的稳定性和动力学。动态。系统10 582-666·Zbl 1223.35033号 ·doi:10.1137/09077357X
[7] Cheviakov A和Ward M J 2011在具有内部陷阱的球体中优化拉普拉斯算子的主特征值数学。计算。型号53 1394-409·兹伯利1219.35155 ·doi:10.1016/j.mcm.2010.02.025
[8] Cheviakov A F、Ward M J和Straube R 2010窄逃逸问题平均首次通过时间的渐近分析:第二部分:球体SIAM多尺度建模模拟器8 836-70·Zbl 1204.35030号 ·数字对象标识代码:10.1137/100782620
[9] Coombs D、Straube R和Ward M,2009,具有局部陷阱球体上的扩散:平均首次通过时间、特征值渐近性和Fekete点SIAM J.Appl。数学70 302-32·Zbl 1191.35032号 ·doi:10.1137/080733280
[10] Doelman A、Gardner R A和Kaper T J 1998一维Gray-Scott模型中奇异模式的稳定性分析:匹配渐近方法Phys。D: 非线性现象122 1-36·Zbl 0943.34039号 ·doi:10.1016/S0167-2789(98)00180-8
[11] FlexPDE7 2017 PDE Solutions Inc.(www.pdesolutions.com)
[12] Green C C和Marshall J S 2013环形曲面上Laplace-Beltrami算子的Green函数。R.Soc.A 469 2012年4月79日·Zbl 1371.30011号 ·doi:10.1098/rspa.2012.0479
[13] Hatcher A和Thurston W 1980封闭可定向曲面拓扑19 221-37映射类组的演示·Zbl 0447.5705号 ·doi:10.1016/0040-9383(80)90009-9
[14] Holcman D和Schuss Z 2004通过一个小开口逃脱:突触膜中的受体贩运J.Stat.Phys.117 975-1014·2018年8月8日Zbl ·doi:10.1007/s10955-004-5712-8
[15] Hörmander L 1989线性偏微分算子分析第3卷(纽约:Springer)
[16] Iron D,Ward M J和Wei J 2001一维Gierer-Meinhardt模型Phys尖峰解的稳定性。D: 非线性现象150 25-62·Zbl 0983.35020号 ·doi:10.1016/S0167-2789(00)00206-2
[17] Kolokolnikov T、Titcombe M S和Ward M J 2005在具有小陷阱的域中优化拉普拉斯算子的基本Neumann特征值Eur.J.Appl。数学16 161-200·邮编1090.35070 ·doi:10.1017/S0956792505006145
[18] Kolokolnikov T、Ward M、Tzou J和Wei J 2018稳定同宿条纹Phil.Trans。R.Soc.A 376 20180110公司·Zbl 1425.35100号 ·doi:10.1098/rsta.2018.0110
[19] Kolokolnikov T,Ward M J和Wei J 2005一维Gray-Scott模型中尖峰平衡的存在性和稳定性:脉冲分裂机制Phys。D: 非线性现象202 258-93·Zbl 1136.35003号 ·doi:10.1016/j.physd.2005.02.009
[20] Kolokolnikov T、Ward M J和Wei J,2009年,《二维域Schnakenberg模型的自我复制和动力学》,《非线性科学杂志》19 1-56·Zbl 1178.35039号 ·数字对象标识代码:10.1007/s00332-008-9024-z
[21] Kolokolnikov T和Wei J 2018空间相关进料速率SIAM Rev.60 626-45反应扩散系统中的模式形成·Zbl 1397.35023号 ·doi:10.1137/17M1116027
[22] Krause A L、Ellis M A和Van Gorder R A 2019曲率、生长和各向异性对生长流形上图灵模式演化的影响。数学。生物81 759-99·Zbl 1415.92034号 ·doi:10.1007/s11538-018-0535-y
[23] Lee J M 2006黎曼流形:曲率导论第176卷(柏林:Springer)
[24] Lindsay A E、Spoonmore R T和Tzou J C 2016估计二维窄捕获问题Phys第一次通过时间密度的混合渐近数字方法。版次:E 94 042418·doi:10.1103/PhysRevE.94.042418
[25] Matthews P 2003球体上的图案形成物理。版本E 67 036206·doi:10.1103/PhysRevE.67.036206
[26] McGrath G S、Paik K和Hinz C 2012微观地形学改变了水分有限生态系统中的自组织植被模式J.Geophys。研究:生物地球科学117 G03021·doi:10.1029/2011JG001870
[27] Pearson J E 1993简单系统中的复杂模式科学261 189-92·doi:10.1126/science.261.5118.189
[28] Penny G G、Daniels K E和Thompson S E 2013模式植被的局部特性:量化内源和外源效应Phil.Trans。R.Soc.A 371 2012年3月59日·doi:10.1098/rsta.2012.0359
[29] Petersen P、Axler S和Ribet K 2006《黎曼几何》第171卷(柏林:施普林格出版社)·Zbl 1220.53002号
[30] Pillay S、Ward M J、Peirce A和Kolokolnikov T 2010窄逃逸问题平均首次通过时间的渐近分析:第一部分:二维域多尺度模型。模拟8 803-35·Zbl 1203.35023号 ·doi:10.1137/090752511
[31] Reynolds W N、Ponce-Dawson S和Pearson J E 1997反应扩散系统中的自我复制点Phys。版次E 56 185·doi:10.1103/PhysRevE.56.185
[32] Rozada I、Ruuth S J和Ward M J,2014年,布鲁塞尔人球面上局部斑点图案的稳定性,SIAM J.Appl。动态。系统13 564-627·兹比尔1302.35033 ·doi:10.137/130934696
[33] Sewalt L和Doelman A 2017广义Klausmeier-Gray-Scott模型中的空间周期多脉冲模式SIAM J.Appl。动态。系统16 1113-63·Zbl 1369.34067号 ·doi:10.1137/16M1078756
[34] Siero E、Doelman A、Eppinga M、Rademacher J D、Rietkerk M和Siteur K 2015平流反应扩散系统的带状模式选择:斜坡带状植被的恢复力Chaos25 036411·Zbl 1374.92167号 ·doi:10.1063/1.4914450
[35] 歌手A、舒斯Z和霍尔克曼D,2006年《狭义逃逸》,第二部分:圆盘J.Stat.Phys.122 465-89·Zbl 1149.82333号 ·doi:10.1007/s10955-005-8027-5
[36] Singer A、Schuss Z和Holcman D,2006年,《狭义逃逸》,第三部分:非光滑域和黎曼曲面,《国家统计物理杂志》122 491-509·Zbl 1149.82334号 ·doi:10.1007/s10955-005-8028-4
[37] 歌手A、舒斯Z、霍尔克曼D和艾森伯格R,2006年《狭隘逃避》,第一部分《美国联邦统计局物理学》122 437-63·Zbl 1149.82335号 ·doi:10.1007/s10955-005-8026-6
[38] Smith-Roberge J、Iron D和Kolokolnikov T 2018细菌菌落密度依赖扩散模式形成欧洲应用杂志。数学30 196-218·Zbl 1407.92030号 ·doi:10.1017/S0956792518000013
[39] Trinh P H和Ward M J 2016球面上反应扩散系统局部斑点模式的动力学非线性29 766·Zbl 1338.35248号 ·doi:10.1088/0951-7715/29/3/766
[40] Tse W H,Wei J和Winter M 2010紧二维黎曼流形上的Gierer-Meinhardt系统:高斯曲率和格林函数的相互作用J.Math。Pures应用程序94 366-97·Zbl 1204.58026号 ·doi:10.1016/j.matpur.2010.03.003
[41] Tzou J和Ward M 2018 2D布鲁塞尔模型中斑点模式的稳定性和缓慢动力学:开放系统和异质性Phys的影响。D: 非线性现象373 13-37·Zbl 1392.35039号 ·doi:10.1016/j.physd.2018.02.002
[42] Tzou J,Xie S,Kolokolnikov T和Ward M J 2017 3D Schnakenberg反应扩散模型SIAM J.Appl局部斑点模式的稳定性和慢动力学。动态。系统16 294-336·Zbl 1434.35019号 ·doi:10.1137/16M108121X
[43] Tzou J C、Ward M J和Kolokolnikov T 2015反应扩散系统Phys中缓变控制参数、延迟分岔和峰值稳定性。D: 非线性现象290 24-43·Zbl 1364.35151号 ·doi:10.1016/j.physd.2014.09.008
[44] Uecker H 2019使用pde2path形成图案-教程(arXiv:1908.05211)
[45] Van Gorder R A,Klika V和Krause A L 2019进化域上反应扩散系统的非自治图灵条件(arXiv:1904.09683)
[46] Ward M J,Henshaw W D和Keller J B 1993奇摄动特征值问题的对数展开求和SIAM J.Appl。数学53 799-828·Zbl 0778.35082号 ·doi:10.1137/0153039
[47] Xie S和Kolokolnikov T 2017二维反应扩散模型中的移动和跳跃点非线性30 1536·Zbl 1404.35232号 ·doi:10.1088/1361-6544/aa60b2
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。