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分数阶发展方程两种Galerkin离散化的数值分析。 (英语) Zbl 1456.65116号

摘要:分析了分数演化方程的两种具有分级时间网格的数值方法。一种是分数阶情形下的低阶间断Galerkin(DG)离散化(0<\alpha<1),另一种是在分数阶情形中的低阶Petrov-Galerkin(PG)离散。通过一种新的对偶技术,在合理的初值正则性假设下,分别导出了DG和PG的一阶和(3-α)阶时间精度的点时间误差估计。通过数值实验验证了理论结果。

MSC公司:

65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
35兰特 分数阶偏微分方程
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参考文献:

[1] 南卡罗来纳州布伦纳;Scott,R.,《有限元方法的数学理论》(2008),纽约:Springer,纽约·Zbl 1135.65042号 ·数字对象标识代码:10.1007/978-0-387-75934-0
[2] 库斯塔,E。;卢比奇,C。;Palencia,C.,分数阶扩散波方程的卷积求积时间离散,数学。计算。,75, 254, 673-696 (2006) ·Zbl 1090.65147号 ·doi:10.1090/S0025-5718-06-01788-1
[3] Du,Q.,Yang,J.,Zhou,Z.:时间分数阶Allen-Cahn方程:分析和数值方法。arXiv:1906.06584,(2019)
[4] 埃尔文,V。;Roop,J.,定常分数对流-弥散方程的变分公式,数值。方法部分差异。Equ.、。,22, 3, 558-576 (2006) ·Zbl 1095.65118号 ·doi:10.1002/num.20112年
[5] Jin,B。;拉扎罗夫,R。;Zhou,Z.,非光滑数据细分扩散方程L1格式的分析,IMA J.Numer。分析。,36, 197-221 (2016) ·Zbl 1336.65150号
[6] Jin,B。;拉扎罗夫,R。;Zhou,Z.,非光滑数据分数阶扩散和扩散波方程的两个全离散格式,SIAM J.Sci Comput。,38,1,A146-A170(2016)·Zbl 1381.65082号 ·数字对象标识代码:10.1137/140979563
[7] Jin,B。;李,B。;Zhou,Z.,分数阶发展方程时间步长格式的离散最大正则性,数值。数学。,138, 1, 101-131 (2018) ·Zbl 1421.65025号 ·doi:10.1007/s00211-017-0904-8
[8] 李,B。;Xie,X.,时间分数阶扩散方程解的正则性,离散Contin。动态。系统。B、 24,73195-3210(2019)·Zbl 1428.35666号 ·doi:10.3934/dcdsb.2018340
[9] 李,B。;罗,H。;Xie,X.,分数波问题的时间谱算法,J.Sci。计算。,7, 2, 1164-1184 (2018) ·Zbl 1407.65216号 ·doi:10.1007/s10915-018-0743-5
[10] 李,B。;罗,H。;Xie,X.,分数波问题的时空有限元方法,数值。算法(2018)·Zbl 1451.65149号 ·文件编号:10.1007/s11075-019-00857-w
[11] 李,B。;罗,H。;Xie,X.,非光滑数据时间分数阶扩散问题的时间步进格式分析,SIAM J.Numer。分析。,57, 2, 779-798 (2019) ·Zbl 1419.65066号 ·doi:10.1137/18M118414X
[12] Li,B.,Wang,T.,Xie,X.:具有非光滑数据的分数波方程的L1格式分析。提交。arXiv:1908.09145v2
[13] 李,B。;Wang,T。;Xie,X.,非光滑数据分数阶扩散波方程的时间步进间断Galerkin方法分析,J.Sci。计算。(2020) ·Zbl 1435.65229号 ·doi:10.1007/s10915-019-01118-7
[14] 李,X。;Xu,C.,时间分数扩散方程的时空谱方法,SIAM J.Numer。分析。,47, 3, 2108-2131 (2009) ·Zbl 1193.35243号 ·doi:10.1137/080718942
[15] 廖,H。;李,D。;Zhang,J.,线性反应细分扩散方程非均匀l1公式的夏普误差估计,SIAM J.Numer。分析。,56, 2, 1112-1133 (2018) ·Zbl 1447.65026号 ·doi:10.137/17M1131829
[16] Lubich,C.,卷积求积和离散运算微积分,数值。数学。,52129-145(1988年)·Zbl 0637.65016号 ·doi:10.1007/BF01398686
[17] 卢比奇,C。;斯隆,I。;Thomée,V.,具有正型记忆项的演化方程近似的非光滑数据误差估计,数学。计算。,65, 213, 1-17 (1996) ·Zbl 0852.65138号 ·doi:10.1090/S025-5718-96-00677-1
[18] Lunardi,A.,插值理论(2018),比萨:Edizioni della Normale,比萨·Zbl 1394.46001号 ·数字对象标识代码:10.1007/978-88-7642-638-4
[19] 罗,H。;李,B。;Xie,X.,非光滑数据分数波问题Petrov-Galerkin方法的收敛性分析,J.Sci。计算。,80, 2, 957-992 (2019) ·Zbl 1477.65161号 ·doi:10.1007/s10915-019-00962-x
[20] 毛,Z。;Jie,S.,变系数分数阶偏微分方程的高效谱-伽勒金方法,J.Compute。物理。,307, 1, 243-261 (2016) ·Zbl 1352.65395号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.11.047
[21] McLean,W。;Mustapha,K.,非光滑初始数据分数扩散问题的时间步长误差界,J.Compute。物理。,293, 1, 201-217 (2015) ·兹比尔1349.65469 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.08.050
[22] McLean,W。;Mustapha,K.,亚扩散方程间断Galerkin方法的收敛性分析,数值。算法,52,1,69-88(2009)·Zbl 1177.65194号 ·doi:10.1007/s11075-008-9258-8
[23] 穆斯塔法,K。;McLean,W.,带正型记忆项的演化方程的间断Galerkin方法,数学。计算。,78, 1975-1995 (2009) ·Zbl 1198.65195号 ·doi:10.1090/S0025-5718-09-02234-0
[24] 穆斯塔法,K。;McLean,W.,间断Galerkin的一致收敛性,应用于分数阶扩散方程的时间步长方法,IMA J.Numer。分析。,32, 3, 906-925 (2012) ·兹比尔1327.65177 ·doi:10.1093/imanum/drr027
[25] 穆斯塔法,K。;McLean,W.,分数阶扩散和波动方程的间断Galerkin方法的超收敛,SIAM J.Numer。分析。,51, 1, 491-515 (2013) ·Zbl 1267.26005号 ·数字对象标识代码:10.1137/120880719
[26] Mustaph,K.:分数反应扩散方程的L1近似,时间分级网格上的二阶误差分析。arXiv:1909.06739v1(2019)
[27] Podlubny,I.,分数微分方程(1998),纽约:学术出版社,纽约·Zbl 0922.45001号
[28] 坂本,K。;Yamamoto,M.,分数阶扩散波方程的初值/边值问题及其在一些反问题中的应用,数学杂志。分析。申请。,382, 1, 426-447 (2011) ·Zbl 1219.35367号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2011.04.058
[29] Schatz,AH,《不规则网格上有限元方法的逐点误差估计和渐近误差展开不等式:第一部分整体估计,数学》。计算。,67, 23, 877-899 (1998) ·Zbl 0905.65105号 ·doi:10.1090/S0025-5718-98-00959-4
[30] 苯乙烯,M。;O'Riordan,E。;Gracia,JL,时间分数阶扩散方程梯度网格上有限差分方法的误差分析,SIAM J.Numer。分析。,551057-1079(2017)·Zbl 1362.65089号 ·doi:10.1137/16M1082329
[31] 孙,Z。;Wu,X.,扩散波系统的全离散差分格式,应用。数字。数学。,56, 2, 193-209 (2006) ·Zbl 1094.65083号 ·doi:10.1016/j.apnum.2005.03.003
[32] Yan,Y。;M.Khan。;Ford,NJ,用非光滑数据分析时间分数阶偏微分方程的修正L1格式,SIAM J.Numer。分析。,56, 1, 210-227 (2018) ·Zbl 1381.65070号 ·doi:10.1137/16M1094257
[33] Yang,Y。;陈,Y。;黄,Y。;Wei,H.,时间分数阶扩散波方程的谱配置方法和收敛性分析,计算。数学。申请。,73, 6, 1218-1232 (2017) ·Zbl 1412.65168号 ·doi:10.1016/j.camwa.2016.08.017
[34] 扎耶努里,M。;安斯沃思,M。;Karniadakis,GE,分数PDES的统一Petrov-Galerkin光谱法,计算。方法应用。机械。工程师,2831545-1569(2015)·Zbl 1425.65127号 ·doi:10.1016/j.cma.2014.10.051
[35] Zeidler,E.,《应用函数分析:数学物理的应用》(2009),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 0834.46002号
[36] 曾,F。;李,C。;刘,F。;Turner,I.,《有限差分/单元方法在求解时间分数次细分扩散方程中的应用》,SIAM J.Sci。计算。,3522976-3000(2013年)·Zbl 1292.65096号 ·doi:10.1137/130910865
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