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周期行波的空间准周期分岔和使用符号奇异值检测分岔的方法。 (英语) Zbl 07660327号

摘要:我们提出了一种通过定位雅可比矩阵最小奇异值的有符号版本的零点来检测分支的方法。这使得可以使用二次收敛的根扰动技术或切比雪夫插值来定位分岔点。尽管该方法依赖于解析或平滑奇异值分解(SVD)的存在,但只需计算正奇异值。雅可比行列式的符号是作为SVD算法中的双对角约简的一部分计算的,它消除了最小奇异值零点处的斜率不连续性。我们使用该方法搜索从大振幅周期波分叉的空间准周期行波。水波方程是在保角映射框架中公式化的,以便于准周期狄利克雷-诺依曼算子的计算。我们发现了表面张力为零的纯重力波和悬垂的重力毛细波的例子。在这两种情况下,波都有两个空间准周期,其比值是无理的。我们通过超出一次分支解线性化范围的数值延拓来跟踪二次分支,以获得延伸到实线上的行波,没有完全相同形状的两个波峰或波谷。纯重力波问题与海浪有关,其中毛细管效应可以忽略。这种波只能通过二次分岔存在,因为它们不会持续到零振幅。引力毛细波问题证明了用符号最小奇异值作为多参数分岔问题的测试函数的有效性。一旦网格足够精细,该测试函数就变得与网格无关。

理学硕士:

76亿 不可压缩无粘流体
65传真 数值线性代数
35季度xx 数学物理偏微分方程及其他应用领域
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参考文献:

[1] Akers,B.F。;Ambrose,D.M。;Wright,J.D.,重力扰动克拉珀波,Proc。R.Soc.A,470,第20130526条,pp.(2014)·兹比尔1371.76038
[2] Akers,B.F。;Gao,W.,Wilton在弱非线性模型方程中波动,Commun。数学。科学。,10, 3, 1015-1024 (2012) ·Zbl 1269.76023号
[3] 亚历山大·J·C。;Antman,S.S.,多参数非线性特征值问题解的分叉多维连续统的全局和局部行为,Arch。定额。机械。分析。,76, 339-354 (1981) ·Zbl 0479.58005号
[4] 奥尔高尔,E.L。;Georg,K.,《数值连续方法:导论》,第13卷(2012),Springer Science&Business Media
[5] Allgower,E.L。;Schwetlick,H.,简单分岔点最小扩展系统的一般视图,Z.Angew。数学。机械。,77, 83-97 (1997) ·Zbl 0915.65042号
[6] Ambrose,D.M。;Wilkening,J.,Benjamin-Ono方程的时间周期解的计算,J.非线性科学。,20, 3, 277-308 (2010) ·Zbl 1203.37085号
[7] Amick,C.J。;弗伦克尔,L.E。;托兰德,J.F.,《关于极值形式波的斯托克斯猜想》,《数学学报》。,148, 1, 193-214 (1982) ·Zbl 0495.76021号
[8] 安德森,E。;Bai,Z。;比肖夫,C。;南卡罗来纳州布莱克福德。;德梅尔,J。;Dongarra,J。;克罗兹,J.D。;格林鲍姆,A。;Hammarling,S。;麦肯尼,A。;Sorensen,D.,LAPACK用户指南(1999年),SIAM:SIAM费城·Zbl 0934.65030号
[9] Antman,S.S.,《非线性弹性问题》(2004),Springer:Springer纽约·Zbl 0820.73002号
[10] 巴尔迪,P。;贝尔蒂,M。;豪斯,E。;Montalto,R.,有限深度的时间准周期重力水波,发明。数学。,214, 2, 739-911 (2018) ·Zbl 1445.76017号
[11] Benjamin,T.B。;Feir,J.,《深水上波列的解体》,J.流体力学。,27, 3, 417-430 (1967) ·Zbl 0144.47101号
[12] 贝尔蒂,M。;Franzoi,L。;Maspero,A.,具有恒定涡度的准周期行波,Arch。定额。机械。分析。,240, 99-202 (2021) ·Zbl 1462.35262号
[13] Berti,M。;Montalto,R.,《重力毛细水波的准周期驻波解》,美国数学学会回忆录。,第263卷(2016),美国数学学会
[14] 贝恩,W.-J。;克莱·W·。;Thümmler,V.,大维动力系统中低维不变子空间的延续,(Fiedler,B.,遍历理论,动力系统的分析和有效模拟(2001),Springer:Springer-Belin),47-72·Zbl 0999.65148号
[15] 宾德尔,D。;德梅尔,J。;Friedman,M.,大分歧问题中不变子空间的延续,SIAM J.Sci。计算。,30, 2, 637-656 (2008) ·Zbl 1160.65065号
[16] 宾德尔,D。;弗里德曼,M。;Govaerts,W。;休斯,J。;Kuznetsov,Y.,大型平衡系统分岔的数值计算,matlab,J.Compute。申请。数学。,261, 232-248 (2014) ·Zbl 1278.65003号
[17] Brent,R.P.,《无导数最小化算法》(1973),普伦蒂斯·霍尔公司:普伦蒂斯霍尔公司,新泽西州恩格尔伍德克利夫斯·兹比尔0245.65032
[18] 布里奇斯,T。;Dias,F.,《空间准周期毛细重力波》,康特姆。数学。,200, 31-46 (1996) ·Zbl 0861.76008号
[19] 布鲁尔,H。;Takens,F.,动力系统与混沌,应用数学科学。,第172卷(2011),《施普林格:纽约施普林格》·Zbl 1218.37001号
[20] Buffoni,B。;舞者E。;Toland,J.,《定常周期水波的正则性和局部分岔》,Arch。定额。机械。分析。,152, 3, 207-240 (2000) ·Zbl 0959.76010号
[21] Buffoni,B。;舞者,E。;Toland,J.,《斯托克斯波的亚谐分岔》,Arch。定额。机械。分析。,152, 3, 241-271 (2000) ·Zbl 0962.76012号
[22] Bunse-Gerstner,A。;拜尔斯,R。;梅赫曼,V。;Nichols,N.K.,矩阵值函数解析奇异值分解的数值计算,Numer。数学。,60, 1-39 (1991) ·Zbl 0743.65035号
[23] 陈,B。;Saffman,P.,《深水上的稳态重力毛细波-1》。弱非线性波,Stud.Appl。数学。,60, 3, 183-210 (1979) ·Zbl 0429.76013号
[24] 陈,B。;Saffman,P.,深水上存在新型永久性重力波的数值证据,Stud.Appl。数学。,62, 1, 1-21 (1980) ·Zbl 0446.76023号
[25] Choi,W。;Camassa,R.,《表面波的精确演化方程》,J.Eng.Mech。,125, 7, 756-760 (1999)
[26] Chow,S.-N。;沈永清,基于奇异值分解的分歧,应用。数学。计算。,28, 231-245 (1988) ·Zbl 0674.65028号
[27] 克兰德尔,M.G。;Rabinowitz,P.H.,简单特征值的分岔,J.Funct。分析。,8, 2, 321-340 (1971) ·Zbl 0219.46015号
[28] Crapper,G.D.,任意振幅渐进毛细波的精确解,J.流体力学。,2, 532-540 (1957) ·兹伯利0079.19304
[29] Deconick,B。;Oliveras,K.,《周期性表面重力波的不稳定性》,J.流体力学。,675, 141-167 (2011) ·Zbl 1241.76212号
[30] 德梅尔,J。;Dieci,L。;Friedman,M.,通过改进的连续不变子空间算法计算连接轨道,SIAM J.Sci。计算。,22, 81-94 (2001) ·Zbl 0967.34008号
[31] 德米尔,J。;Kahan,W.,《双对角矩阵的精确奇异值》,SIAM J.Sci。统计计算。,11, 5, 873-912 (1990) ·Zbl 0705.65027号
[32] Demmel,J.W.,《应用数值线性代数》(1997),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 0879.65017号
[33] Dhooge,A。;Govaerts,W。;Kuznetsov,Y.,MATCONT:ODE数值分岔分析的MATLAB包,ACM Trans。数学。软质。,29, 141-164 (2003) ·Zbl 1070.65574号
[34] Dieci,L。;Eirola,T.,《关于矩阵的平滑分解》,SIAM J.《矩阵分析》。申请。,20, 800-819 (1999) ·Zbl 0930.15014号
[35] Dieci,L。;弗里德曼,M.,不变子空间的延续,数值。线性代数应用。,8, 317-327 (2001) ·Zbl 1055.65054号
[36] 乔尔杰维奇(Djordjevic,V.D.)。;雷德科普,L.G.,《关于毛细重力波的二维包》,《流体力学杂志》。,79, 703-714 (1977) ·Zbl 0351.76016号
[37] Dyachenko,A.I.,《自由表面理想流体的动力学》,Dokl。数学。,63, 1, 115-117 (2001) ·Zbl 1057.76007号
[38] 迪亚琴科,A.I。;库兹涅佐夫,E.A。;Spector,M。;Zakharov,V.E.,理想流体自由表面动力学的分析描述(正则形式主义和保角映射),物理学。莱特。A、 221、1-2、73-79(1996)
[39] 迪亚琴科,A.I。;扎哈罗夫,V.E。;Kuznetsov,E.A.,理想流体自由表面的非线性动力学,等离子体物理学。代表,22,10,829-840(1996)
[40] Dyachenko,S。;Lushnikov,P。;Korotkevich,A.,深水上斯托克斯波浪的分支切割。第一部分:数值解和Padé近似,Stud.Appl。数学。(2016年)·Zbl 1356.35166号
[41] Dyachenko,S。;Newell,A.C.,Whitecapping,双头螺栓应用。数学。,137, 199-213 (2016) ·Zbl 1353.35235号
[42] Dyachenko,S.A。;Lushnikov,P.M。;科罗特凯维奇,A.O.,斯托克斯波浪在深水中的分支切割。第一部分:数值解和Padé近似,Stud.Appl。数学。,137, 4, 419-472 (2016) ·Zbl 1356.35166号
[43] Dynnikov,I.A。;Novikov,S.P.,平面上拟周期函数的拓扑,俄罗斯数学。调查。,60, 1, 1 (2005) ·Zbl 1148.37043号
[44] 费奥拉,R。;朱利安尼,F.,重力作用下无限深理想流体上的准周期行波(2020)
[45] 费尔南多,K.V。;Parlett,B.N.,《精确奇异值和微分QD算法》,数值。数学。,67, 191-229 (1994) ·Zbl 0814.65036号
[46] Friedman,M.,通过不变子空间算法的延续改进了大型非线性系统的分岔检测,国际期刊《分岔》。混沌应用。科学。工程,112277-2285(2001)·Zbl 1091.65509号
[47] 甘扎,I.S。;Lukomsky,V.P.,《在波峰有一个角落的水波上》,Proc。R.Soc.A,4631597-1614(2007)·Zbl 1129.76011号
[48] Govaerts,W.J.F.,《动力平衡分岔的数值方法》(2000),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 0935.37054号
[49] Griewank,A.公司。;Reddien,G.,广义转折点的表征和计算,SIAM J.Numer。分析。,21, 176-185 (1984) ·Zbl 0536.65031号
[50] Guyenne,P。;阿鲁,E.I.P.,深水上完全非线性水弹性孤立波的计算,J.流体力学。,713, 307-329 (2012) ·Zbl 1284.76081号
[51] Higham,N.J.,《数值算法的准确性和稳定性》(1996),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 0847.65010号
[52] Iooss,G.等人。;Plotnikov,P.I。;托兰德,J.F.,重力作用下无限深完美流体上的驻波,Arch。定额。机械。分析。,177, 367-478 (2005) ·Zbl 1176.76017号
[53] 加藤,T.,线性算子的扰动理论(1980),施普林格:施普林格-柏林·Zbl 0435.47001号
[54] Kinnersley,W.,《流体薄板上的精确大振幅毛细管波》,J.流体力学。,77, 229-241 (1976) ·Zbl 0359.76017号
[55] Kittel,C.,《固体物理学导论》(2005),John Wiley and Sons:John Willey and Sons New York
[56] Krantz,S.G.,《几个复杂变量》(2001),AMS Chelsea出版社:AMS Chersea出版社,罗得岛州普罗维登斯·Zbl 1087.32001号
[57] 库兹涅佐夫,Y.A.,《应用分叉理论的要素》(1998),施普林格-弗拉格:纽约施普林格·Zbl 0914.58025号
[58] Longuet-Higgins,M.S.,《深水中有限振幅重力波的不稳定性》。二、。次谐波,程序。R.Soc.伦敦。A、 360、489-505(1978)·Zbl 0497.76025号
[59] Longuet-Higgins,医学硕士。;福克斯,M.J.H.,《最高波理论》。第2部分。匹配与分析扩展,流体力学杂志。,85, 4, 769-786 (1978) ·Zbl 0389.76010号
[60] Lushnikov,P。;Dyachenko,S。;Silantyev,D.,自适应求解Stokes波复奇异性的新保角映射,Proc。R.Soc.A,473,第20170198条,pp.(2017)·Zbl 1402.76027号
[61] 麦凯R.S。;萨夫曼,P.G.,《水波的稳定性》,Proc。R.Soc.伦敦。A、 406115-125(1986)·Zbl 0602.76046号
[62] McLean,J.W.,有限振幅水波的不稳定性,J.流体力学。,114, 315-330 (1982) ·Zbl 0483.76027号
[63] Mercer,G.N。;罗伯茨,A.J.,《深水中的驻波:稳定性和极端形式》,《物理学》。流体A,4,2,259-269(1992)·兹比尔0745.76009
[64] Moser,J.,《关于准周期运动的理论》,SIAM Rev.,8,2,145-172(1966)·Zbl 0243.34081号
[65] Murashige,S。;Choi,W.,使用非定常保角映射对线性剪切流上深水波的稳定性分析,J.流体力学。,885、A41、1-27(2020年)·Zbl 1460.76296号
[66] 涅克拉索夫,A.I.,在稳定波上,Izv。伊万诺沃·沃森斯克。波利泰克。In-ta,352-65(1921)
[67] Nocedal,J。;Wright,S.J.,《数值优化》(1999),Springer:Springer New York·Zbl 0930.65067号
[68] Penney,W.G。;普莱斯,A.T.,《理想液体中的有限周期静止重力波》,第二部分,菲洛斯。事务处理。R.Soc.伦敦。A、 244254-284(1952)
[69] Plotnikov,P。;Toland,J.,Nash-Moser驻波理论,Arch。定额。机械。分析。,159, 1-83 (2001) ·Zbl 1033.76005号
[70] Plotnikov,P.I.,孤立波问题解的非唯一性和光滑泛函临界点的分歧,数学。苏联伊兹夫。,38, 2, 333 (1992) ·Zbl 0795.76017号
[71] Ruban,V.P.,时间相关底部上的水波:二维势流的精确描述,Phys。莱特。A、 340194-200(2005)·Zbl 1145.35469号
[72] 舒尔茨,W.W。;范登·布罗克,J.M。;江,L。;Perlin,M.,具有小毛细管效应的高度非线性驻波,J.流体力学。,369, 253-272 (1998) ·Zbl 0927.76010号
[73] 施瓦茨,L.W。;Vanden-Broeck,J.-M.,毛细重力波精确方程的数值解,流体力学杂志。,96, 119-139 (1979) ·Zbl 0419.76014号
[74] 施韦特利克,H。;Schnabel,U.,矩阵最小奇异值和相应奇异向量的迭代计算,线性代数应用。,371, 1-30 (2003) ·Zbl 1035.65038号
[75] 沈永清,利用附近的一个奇异值分解计算简单分岔点,计算,58335-350(1997)·Zbl 0880.65024号
[76] Stokes,G.G.,《振荡波理论》,Trans。外倾角。菲洛斯。社会学(1880)
[77] Tanaka,M.,《陡峭重力波的稳定性》,J.Phys。Soc.Jpn.公司。,52, 9, 3047-3055 (1983) ·Zbl 1143.83309号
[78] Tanveer,S.,《水波奇点和Rayleigh-Taylor不稳定性》,Proc。R.Soc.伦敦。A、 435137-158(1991)·Zbl 0731.76011号
[79] Taylor,G.I.,驻波的实验研究,Proc。R.Soc.A,218,44-59(1953)
[80] 蒂隆,R。;Choi,W.,无限深水中有限振幅毛细波的线性稳定性,流体力学杂志。,696, 402 (2012) ·Zbl 1250.76086号
[81] 托兰德,J.F.,斯托克斯波浪,白杨。方法非线性分析。,7, 1, 1-48 (1996) ·Zbl 0897.35067号
[82] 特里琴科,O。;迪康尼克,B。;Wilkening,J.,《威尔顿波纹的不稳定性》,《波浪运动》,66,147-155(2016)·Zbl 1467.76018号
[83] Uecker,H。;韦策尔,D。;Rademacher,J.,Pde2path-一个用于二维椭圆系统中连续和分叉的Matlab包,Numer。数学。,理论方法应用。,7, 1, 58-106 (2014) ·Zbl 1313.65311号
[84] Vanden-Broeck,J.-M.,《重力-毛细管自由表面流》(2010),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社·Zbl 1202.76002号
[85] Vanden-Broeck,J.-M.,《无限深水中周期性和孤立的纯重力波》,J.Eng.Math。,84, 1, 173-180 (2014) ·Zbl 1367.76013号
[86] 王,Z。;Vanden-Broeck,J。;Milewski,P.,深水中有限振幅的二维弯曲重力波,IMA J.Appl。数学。,78, 4, 750-761 (2013) ·Zbl 1282.76080号
[87] Wilkening,J.,计算Jordan链和反演解析矩阵函数的算法,线性代数应用。,427, 6-25 (2007) ·Zbl 1132.47010号
[88] Wilkening,J.,《大振幅驻波波峰的自相似性破坏》,Phys。修订稿。,107,第184501条pp.(2011)
[89] Wilkening,J.,《行波驻波,流体》,6,187,1-35(2021)
[90] Wilkening,J。;Yu,J.,用光谱精度计算驻波的超定拍摄方法,计算。科学。发现。,第5、1条,第014017页(2012年)
[91] Wilkening,J。;赵欣,准周期移动重力毛细波,流体力学杂志。,915、A7、1-35(2021年)·Zbl 1461.76073号
[92] Wilkening,J。;赵,X.,无限深空间准周期水波,J.非线性科学。,31, 52, 1-43 (2021) ·Zbl 1462.76030号
[93] 威尔顿,J.,《涟漪上,菲洛斯》。Mag.Ser.杂志。6, 173, 173, 688-700 (1915)
[94] Zakharov,V.E.,深层流体表面有限振幅周期波的稳定性,J.Appl。机械。技术物理。,9, 2, 190-194 (1968)
[95] Zeidler,E.,《应用函数分析:主要原理及其应用》(1995),Springer:Springer New York·Zbl 0834.46003号
[96] Zufiria,J.,无限深水中的非对称重力波,J.流体力学。,181,17-39(1987年)·Zbl 0629.76020号
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