×

求解多项时间分数阶混合扩散和扩散波方程的交替方向隐式紧致差分格式。 (英语) Zbl 07736742号

摘要:本文给出了二维多项时间分数阶混合扩散和扩散波方程的交替方向隐式紧致差分格式。利用原方程两侧的Riemann-Liouville分数阶积分算子,得到了一个最高阶导数为1的时间分数阶积分微分方程。利用Riemann-Liouville分数导数和分数积分的加权和移位Grünwald公式,以及Crank-Nicolson近似,得到了等价积分微分系统的时间二阶近似。在空间方向上,采用四阶紧致近似给出了一个全离散格式。利用高维问题的分裂技术,我们导出了完全离散的ADI Crank-Nicolson格式。利用相关时间离散系数和空间算子的正定性,利用能量方法证明了离散L^2范数的稳定性和收敛性(时间上为二阶,空间上为四阶)。通过两个数值算例验证了该方法的有效性和准确性。

理学硕士:

65-XX岁 数值分析
82至XX 统计力学,物质结构
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Cui,M.R.,变系数二维多项时间分数阶扩散方程的有限差分格式,计算。申请。数学。,40,第167条pp.(2021)·Zbl 1476.35301号
[2] Dehghan,M。;萨法普尔,M。;Abbaszadeh,M.,求解多项时间分数阶扩散波方程的两种高阶数值算法,J.Compute。申请。数学。,290, 174-195 (2015) ·Zbl 1321.65129号
[3] Diethelm,K.,(分数微分方程的分析:使用Caputo型微分算子的面向应用的阐述。分数微分方程分析:使用Carputo型微分算子进行面向应用的论述,Lect.Notes Math.(2004),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin)·兹比尔1215.34001
[4] 杜瑞林(Du,R.L.)。;Sun,Z.Z.,求解多项时间分数阶混合扩散和波动方程的时间二阶差分方法,数值。算法,88191-226(2021)·Zbl 1496.65111号
[5] 冯·L。;刘,F。;Turner,I.,凸域上新型二维多项时间分数混合亚扩散和扩散波方程的有限差分有限元方法,Commun。非线性科学。数字。模拟。,70, 354-371 (2019) ·Zbl 1464.65119号
[6] 高,G.H。;Alikhanov,A.A。;Sun,Z.Z.,基于插值逼近的时间二阶差分格式,用于求解时间多项和分布阶分数次亚扩散方程,J.Sci。计算。,73, 93-121 (2017) ·Zbl 1381.65064号
[7] Gao,G.H。;Sun,Z.Z.,分数次扩散方程的紧致有限差分格式,J.Compute。物理。,230, 586-595 (2011) ·Zbl 1211.65112号
[8] 海达里,M.H。;阿瓦扎德,Z。;Haromi,M.F.,解多项变阶时间分数阶扩散波方程的小波方法,应用。数学。计算。,341, 215-228 (2019) ·Zbl 1429.65239号
[9] 黄J.F。;Tang,Y.F。;瓦茨奎兹,L。;Yang,J.Y.,时间分数阶扩散波方程的两个有限差分格式,数值。算法,64,707-720(2013)·Zbl 1284.65103号
[10] 黄J.F。;Zhang,J.N。;Arshad,S。;Tang,Y.F.,二维多项时空分数阶非线性扩散波方程的数值方法,应用。数字。数学。,159, 159-173 (2021) ·Zbl 1459.65145号
[11] 李,C.P。;Zeng,F.H.,(《分数微积分的数值方法》。《分数微积分的数值方法,数值分析和科学计算》(2015),Chapman and Hall/CRC出版社,Taylor&Francis Group,LLC:Chapman and Hall/CRC出版社,Taylor&Francis Group,LLC Boca Raton)·Zbl 1326.65033号
[12] 刘振东。;刘福伟。;Zeng,F.H.,求解二维多项时间分数阶混合扩散和扩散波方程的交替方向隐式谱方法,应用。数字。数学。,136, 139-151 (2019) ·Zbl 1407.65114号
[13] 刘福伟。;Meerschaert,M.M。;McGough,R.J。;庄,P.H。;Liu,Q.X.,解多项时间分数阶波扩散方程的数值方法,分形。计算应用程序。分析。,2013年9月16日至25日·Zbl 1312.65138号
[14] 刘永清。;尹,X.L。;刘福伟。;Xin,X.Y。;沈永福。;Feng,L.B.,用于模拟二维多项时间分数阶Oldroyd-B流体型扩散方程的交替方向隐式勒让德谱方法,计算。数学。申请。,113, 160-173 (2022) ·Zbl 1504.65224号
[15] Lyu,P。;Vong,S.,非线性时间分数阶扩散方程的快速线性化数值方法,数值。算法,87,381-408(2021)·Zbl 1468.65100号
[16] Lyu,P。;Vong,S.,半线性扩散波方程直接非均匀近似的对称分数阶约简方法,J.Sci。计算。,93,第34条pp.(2022)·Zbl 1497.65130号
[17] Meerschaert,M.M。;Tadjeran,C.,分数阶平流-扩散流方程的有限差分近似,J.Compute。申请。数学。,172, 65-77 (2004) ·Zbl 1126.76346号
[18] Podlubny,I.(分数微分方程。分数微分方程,科学与工程数学,第198卷(1999),学术出版社:圣地亚哥学术出版社)·Zbl 0918.34010号
[19] 乔·L·J。;王,Z.B。;Xu,D.,二维多项时间分数阶积分微分方程的交替方向隐式正交样条配置法,应用。数字。数学。,151199-212(2020)·Zbl 1439.65229号
[20] 乔·L·J。;Wang,W.L。;Xu,D.,三维分数阶电报方程快速(L1)ADI有限差分/紧致差分格式的误差分析,数学。计算。模拟,205205-231(2023)·Zbl 07627993号
[21] Stynes,M.,太多的规律性可能会迫使太多的独特性,Fract。计算应用程序。分析。,19, 1554-1562 (2016) ·Zbl 1353.35306号
[22] 孙振中,《偏微分方程数值方法》(2012),科学出版社:科学出版社北京
[23] 孙振中。;Gao,G.H.,(分数阶微分方程的有限差分法。分数阶微分方程的有限差分法,信息与计算科学系列,第87卷(2021),科学出版社:北京科学出版社)
[24] Sun,H。;Sun,Z.-Z.,二维多项分数阶波动方程的快速时间二阶紧致ADI差分格式,数值。算法,86761-797(2021)·Zbl 1461.65231号
[25] 田伟。;周,H。;邓,W.,解空间分数阶扩散方程的一类二阶差分逼近,数学。公司。,84, 1703-1727 (2015) ·Zbl 1318.65058号
[26] 王,Z。;Vong,S.,修正反常分数次扩散方程和分数次扩散波方程的紧凑差分格式,J.Compute。物理。,277, 1-15 (2014) ·Zbl 1349.65348号
[27] 尹,B。;刘,Y。;李,H。;Zeng,F.,一类求解多项分数阶反应扩散波方程的有效时间步长方法,应用。数字。数学。,165, 56-82 (2021) ·Zbl 1475.65136号
[28] 曾,F。;张,Z。;Karniadakis,G.E.,多项分数阶微分方程的二阶数值方法:光滑和非光滑解,计算。方法应用。机械。工程,327478-502(2017)·Zbl 1439.65081号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且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,而不声称其完整性或完全匹配。