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(mathbb{R})上一维分数阶拉普拉斯算子的伪谱方法。 (英语) Zbl 1508.65090号

摘要:在本文中,我们提出了一种新的伪谱方法,在不使用截断的情况下准确有效地近似分数拉普拉斯算子。更准确地说,给定在\(mathbb{R}\)上定义的有界正则函数,我们将无界域映射到有限域,并将结果函数表示为三角级数。因此,本文的中心点是计算初等三角函数的分数拉普拉斯算子。
作为该方法的一个应用,我们还用分数阶拉普拉斯算子对单稳态情况下的Fisher方程进行了模拟。

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65升60 有限元、Rayleigh-Ritz、Galerkin和常微分方程的配置方法
34A08号 分数阶常微分方程
65升10 常微分方程边值问题的数值解
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参考文献:

[1] Lischke,A。;庞,G。;M.古利安。;宋,F。;Glusa,C。;郑,X。;毛,Z。;蔡伟(Cai,W.)。;Meerschaert,M.M。;安斯沃思,M。;Karniadakis,G.E.,分数拉普拉斯函数是什么?与新结果的对比审查,J.Compute。物理。,404, 1, 109009 (2020) ·Zbl 1453.35179号
[2] Kwa sh nicki,M.,分数拉普拉斯算子的十个等价定义,分形。计算应用程序。分析。,20,1,7-51(2017)·Zbl 1375.47038号
[3] 德鲁克和弗拉格·冯·布布纳(Druck und Verlag von B.G.Teubner),莱比锡和柏林,德语·JFM 43.0423.01型
[4] Pozrikidis,C.,分数拉普拉斯(2016),CRC出版社:佛罗里达州博卡拉顿CRC出版社·Zbl 1403.76015号
[5] Bouchaud,J.-P。;Georges,A.,《无序介质中的异常扩散:统计机制、模型和物理应用》,Phys。代表,195,4-5,127-293(1990)
[6] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,《异常扩散的随机行走指南:分数动力学方法》,《物理学》。众议员,399,1,1-77(2000)·Zbl 0984.82032号
[7] Hilfer,R.,分数时间演化,分数微积分在物理学中的应用,87-130(2000),世界科学。出版物:世界科学。出版物。新泽西州River Edge·Zbl 0994.34050号
[8] 索科洛夫,I.M。;Klafter,J。;Blumen,A.,分数动力学,物理学。今天,55,11,48-56(2002)
[9] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,《随机行走末尾的餐厅:用分数动力学描述异常运输的最新进展》,J.Phys。A、 37、31、R161-R208(2004)·兹比尔1075.82018
[10] Chen,W。;Holm,S.,《表现出任意频率幂律依赖性的线性和非线性有耗介质的分数拉普拉斯时空模型》,J.Acoust。《美国社会》,115,4,1424-1430(2004)
[11] Treeby,B.E。;Cox,B.T.,《利用分数拉普拉斯公式模拟声波传播的幂律吸收和色散》,J.Acoust。《美国律师协会》,127,572741-2748(2010)
[12] 4-6 ·Zbl 0948.81595号
[13] 布罗克曼,D。;Sokolov,I.M.,《外力场中的Lévy飞行:从模型到方程》,《化学》。物理。,284, 409-421 (2002)
[14] Jespersen,S。;梅茨勒,R。;Fogedby,H.C.,《外力场中的Lévy飞行:Langevin和分数阶Fokker-Planck方程及其解》,《物理学》。E版,59、3、2736-2745(1999)
[15] del Castillo Negrete博士。;卡雷拉斯,B.A。;Lynch,V.E.V.E.,《带有Levy飞行的反应扩散系统中的前沿动力学:分数扩散方法》,Phys。修订稿。,91, 1, 018302 (2003)
[16] 沃尔珀特,V。;Nec,Y。;Nepomnyashchy,A.A.,超扩散前沿传播问题的精确解,物理学。D、 239、3-4、134-144(2010年)·Zbl 1190.35051号
[17] Chmaj,A.,分数阶双稳方程中行波的存在性,Arch。数学。,100,5473-480(2013年)·Zbl 1307.35313号
[18] Achleitner,F。;Kuehn,C.,具有非局部扩散的双稳态方程的行波,Adv.Differ。Equ.、。,20, 9-10, 887-936 (2015) ·Zbl 1327.35053号
[19] 赤城,G。;Schimperna,G。;Segatti,A.,分数Cahn-Hilliard,Allen-Cahn和多孔介质方程,J.Differ。Equ.、。,261, 6, 2935-2985 (2016) ·Zbl 1342.35429号
[20] 卡德尔,M.M。;Saad,K.M.,用切比雪夫谱配置法求解分数阶Fisher方程的数值方法,混沌孤子分形,110,169-177(2018)·Zbl 1448.65185号
[21] 科尔莫戈罗夫,A.N。;彼得罗夫斯基,I.G。;Piskunov,N.S.,《扩散方程与材料数量的交叉应用》,布尔。莫斯科埃塔大学,1-1-25(1937)·Zbl 0018.32106号
[22] Danilov,V.G。;马斯洛夫,V.P。;Vosolov,K.A.,《传热传质过程的数学模型》(1995),Kluwer,Dordrecht·Zbl 0839.35001号
[23] 曼奇内利,R。;Vergni,D。;Vulpini,A.,非高斯扩散反应系统中的超快波前传播,Europhys。莱特。,60, 4, 532-538 (2002)
[24] 卡布雷,X。;Sire,Y.,分数拉普拉斯非线性方程,I:正则性,极大值原理和哈密顿估计,安娜·亨利·彭卡研究所。分析。Non Linéaire,31,1,23-53(2014年)·Zbl 1286.35248号
[25] Engler,H.,《分数反应扩散方程的传播速度》,《国际微分方程杂志》,16页(2010年)·Zbl 1225.35252号
[26] 卡布雷,X。;Roquejoffre,J.M.,Fisher KPP方程中分数扩散的影响,Commun。数学。物理。,320, 3, 679-722 (2013) ·Zbl 1307.35310号
[27] de la Hoz,F。;Cuesta,C.M.,《(mathbb{R})上非局部KdV-Burgers方程的伪谱方法》,J.Compute。物理。,311, 45-61 (2016) ·Zbl 1349.65532号
[28] Kilbas,A.A。;Srivastava,H.M。;特鲁希略,J.J.,《分数微分方程的理论与应用》,《数学研究》第204卷(2006年),爱思唯尔·Zbl 1092.45003号
[29] Richardson,L.F.,《包含微分方程的物理问题的有限差分的近似算术解及其在砌石坝应力中的应用》,Philos。事务处理。R.Soc.A,210,307-357(1911)·JFM 42.0873.02号
[30] 伊利克,M。;刘,F。;特纳,I。;Anh,V.,分数空间扩散方程的数值近似,I,分形。计算应用程序。分析。,8, 3, 323-341 (2005) ·Zbl 1126.26009号
[31] 杨琼。;刘,F。;Turner,I.,具有Riesz空间分数导数的分数阶偏微分方程的数值方法,应用。数学。型号。,34, 1, 200-218 (2010) ·Zbl 1185.65200号
[32] 布埃诺·奥罗维亚,A。;凯·D·。;Burrage,K.,分数维空间反应扩散方程的傅里叶谱方法,BIT Numer。数学。,54, 4, 937-954 (2014) ·Zbl 1306.65265号
[33] 2-4 ·Zbl 1364.65265号
[34] Boyd,J.P.,在无限区间上使用有理基本函数的谱方法,J.Compute。物理。,69, 1, 112-142 (1987) ·Zbl 0615.65090号
[35] de la Hoz,F。;Vadillo,F.,基于sylvester的IMEX方法,通过微分矩阵求解非线性抛物方程,Commun。计算。物理。,14, 4, 1001-1026 (2013) ·Zbl 1388.65123号
[36] 98-10 ·Zbl 0717.42029号
[37] Weideman,J.A.C.,计算实线上的hilbert变换,数学。计算。,64, 210, 745-762 (1995) ·Zbl 0830.65127号
[38] 博伊德,J.P。;Xu,Z.,Benjamin-Ono方程三种谱方法的比较:傅里叶伪谱、有理克里斯托夫函数和高斯径向基函数,波动,48,8,702-706(2011)·Zbl 1365.76208号
[39] Trefethen,L.N.,MATLAB中的光谱方法(2000),SIAM·兹比尔0953.68643
[40] 弗里戈,M。;Johnson,S.G.,FFTW3的设计和实现,IEEE会议录,第93卷,216-231(2005)
[41] Krasny,R.,《用点矢量近似研究涡片中奇异性的形成》,J.流体力学。,167, 65-93 (1986) ·Zbl 0601.76038号
[42] Nielsen,N.,Handbuch der Theorye der Gammafunction(1906年),Druck und Verlag von:Druck nd Verlag von Leipzig·JFM 37.0450.01号
[43] 2017a,Wolfram Research,Inc.,Mathematica,11.1版,https://www.wolfram.com。
[44] 2017b,The MathWorks Inc.,MATLAB,版本R2017b,https://www.mathworks.com。
[45] Cody,J.,《特殊功能软件开发概述》,《数学课堂讲稿》(1976年)第506卷,施普林格出版社:柏林施普林格·Zbl 0317.65007号
[46] Jameson,G.J.O.,伽马函数斯特林公式的简单证明,数学。公报,99,544,68-74(2015)·Zbl 1384.33004号
[47] Boyd,J.P.,Chebyshev和傅立叶谱方法(2001),多佛·Zbl 0994.65128号
[48] J.莫顿。;Silverberg,L.,半程函数的傅里叶级数的平滑扩展,应用。数学。型号。,33, 2, 812-821 (2009) ·Zbl 1168.42300号
[49] Huybrechs,D.,关于非周期函数的傅里叶扩展,SIAM J.Numer。分析。,47, 6, 4326-4355 (2010) ·Zbl 1209.65153号
[50] Boyd,J.P.,无界域中切比雪夫多项式方法的收敛优化,J.Compute。物理。,45, 1, 43-79 (1982) ·Zbl 0488.65035号
[51] Kendall,D.G.,与热传导方程相关的波传播形式,Proc。剑桥菲洛斯。《社会学杂志》,44,591-594(1948)·Zbl 0030.38903号
[52] Fisher,R.A.,优势基因的发展浪潮,Ann.Eugen。,7, 355-369 (1937) ·JFM 63.1111.04标准
[53] 李约瑟,D.J.,《关于反应扩散方程中行波前的产生和传播的形式理论》,夸特。J.机械。申请。数学。,45, 3, 469-498 (1992) ·Zbl 0815.35046号
[54] Aronson,D.G。;温伯格,H.F.,《群体遗传学中的多维非线性扩散》,高等数学。,30,1,33-76(1978年)·Zbl 0407.92014年
[55] 库斯塔,C.M。;King,J.R.,异质Fisher方程中的前向传播:齐次情况是非泛型的,Quart。J.机械。申请。数学。,63, 4, 521-571 (2010) ·Zbl 1228.35121号
[56] 数学课堂笔记。,第446卷·Zbl 0325.35050号
[57] McKean,H.P.,布朗运动在Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov方程中的应用,Commun。纯应用程序。数学。,28, 3, 323-331 (1975) ·兹伯利0316.35053
[58] McKean,H.P.,修正:“布朗运动在Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov方程中的应用”,Commun。纯应用程序。数学。,29, 5, 553-554 (1976) ·Zbl 0354.35051号
[59] Larson,D.A.,Fisher型非线性方程解的瞬态界和时间渐近行为,SIAM J.Appl。数学。,34, 1, 93-103 (1978) ·Zbl 0373.35036号
[60] Henry,D.,半线性抛物方程的几何理论(1981),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin·Zbl 0456.35001号
[61] 阿布。阿卡德。维森施。DDR,Abt.数学-Naturwissensch公司-技术,编号4N·Zbl 0359.35038号
[62] Gallay,T.,非线性抛物型偏微分方程临界前沿的局部稳定性,非线性,7,3,741-764(1994)·Zbl 0801.35046号
[63] Olmos,D。;Shizgal,B.D.,Fisher方程解的伪谱方法,J.Compute。申请。数学。,193, 1, 219-242 (2006) ·Zbl 1092.65088号
[64] Olmos,D。;Shizgal,B.D.,Fitzhugh-Nagumo方程解的伪谱方法,数学。计算。模拟。,79, 7, 2258-2278 (2009) ·Zbl 1166.65382号
[65] 李约瑟,D.J。;Barnes,A.N.,一类标量反应扩散方程中的反应扩散和相位波,非线性,12,1,41-58(1999)·Zbl 0933.35096号
[66] 哈默尔,F。;Roques,L.,具有缓慢衰减初始条件的KPP方程的快速传播,J.Differ。Equ.、。,249, 7, 1726-1745 (2010) ·Zbl 1213.35100号
[67] Shampine,L.F。;艾伦,R.C。;Pruess,S.,《数值计算基础》(1997),John Willey&Sons,Inc·Zbl 0904.65001号
[68] Mumtaza,F。;Saidaouib,H。;Alharbia,F.,利用广义坐标变换求解无界区域微分方程的高效高阶方法,J.Compute。物理。,381, 275-289 (2019) ·Zbl 1451.65156号
[69] Blumenson,L.E.,n维球面坐标的推导,美国数学。周一。,67, 1, 63-66 (1960)
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