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非线性哈密顿波方程的能量守恒对称格式。 (英语) Zbl 1381.35105号

摘要:在这项工作中,我们导出并分析了非线性哈密顿波方程的一种新的能量守恒和对称格式,该格式可以精确地保持基本波方程的能量。为此,我们首先定义并讨论基础域上的有界算子值函数。然后,我们引入了一个算子变分常数公式,并在此基础上提出了一种新的非线性哈密顿波方程的能量保持格式。该方案精确地保留了原连续哈密顿系统的能量。与现有的研究相比,如著名的哈密顿常微分方程的平均向量场(AVF)公式,新的能量保持格式避免了空间导数的半离散化,并准确地保持了原始连续哈密顿波动方程的哈密尔顿。这一点与AVF公式相比意义重大,因为AVF公式只能保留哈密顿常微分方程的能量。因此,本文的主题是建立一种新的格式,它可以精确地保持非线性哈密顿波动方程的能量。本文还附有一些例子,在一定程度上说明了我们的结果。

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35L71型 二阶半线性双曲方程
35升15 二阶双曲方程的初值问题
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Berti,M.,哈密顿偏微分方程的非线性振动(2007),施普林格:施普林格伦敦·Zbl 1146.35002号
[2] Biswas,A.,phi-four模型和非线性Klein-Gordon方程的孤子微扰理论,Commun。非线性科学。数字。模拟。,14, 3239-3249 (2009) ·Zbl 1221.35316号
[3] Celledoni,E。;格林·V。;麦克拉克伦,R.I。;迈凯轮,D.I。;奥尼尔,D。;奥雷恩,B。;Quispel,G.R.W.,《能量守恒》。使用“平均向量场”方法的数值偏微分方程中的耗散,J.Compute。物理。,2316770-6789(2012年)·Zbl 1284.65184号
[4] 科恩,D。;Jahnke,T。;Lorenz,K。;Lubich,C.,高振荡哈密顿系统的数值积分器:综述,(Mielke,a.,多尺度问题的分析、建模和仿真(2006),施普林格:施普林格-柏林),553-576·Zbl 1367.65191号
[5] Dehghan,M.,解决某些光电器件建模和设计中出现的问题的有限差分程序,数学。计算。模拟,71,16-30(2006)·Zbl 1089.65085号
[6] Dehghan,M。;Mirezaei,D.,使用无网格局部边界积分方程方法对非定常二维Schrödinger方程进行数值求解,国际。J.数字。方法工程,76,501-520(2008)·Zbl 1195.81007号
[7] Dehghan,M。;Shokri,A.,使用径向基函数数值求解非线性Klein-Gordon方程,J.Compute。申请。数学。,230, 400-410 (2009) ·Zbl 1168.65398号
[8] 多德·R·K。;艾尔贝克,I.C。;Gibbon,J.D。;Morris,H.C.,《孤子和非线性波动方程》(1982),学术:伦敦学术出版社·Zbl 0496.35001号
[9] Eilbeck,J.C.,孤子的数值研究,(Bishop,A.R.;Schneider,T.,孤子和凝聚物质物理(1978),Springer:Springer New York),28-43·Zbl 0387.76002号
[10] (Fordy,A.P.,《孤子理论:结果调查》(1990),曼彻斯特大学出版社)·兹伯利0697.35126
[11] Franco,J.M.,基于ARKN方法的振荡系统新方法,应用。数字。数学。,56, 1040-1053 (2006) ·Zbl 1096.65068号
[12] 加西亚·阿奇拉,B。;桑兹·塞尔纳,J.M。;Skeel,R.D.,振荡微分方程的长时间步长方法,SIAM J.Sci。计算。,20, 930-963 (1998) ·Zbl 0927.65143号
[13] 海尔,E。;Lubich,C.,振荡微分方程数值方法的长期能量守恒,SIAM J.Numer。分析。,38, 414-441 (2000) ·Zbl 0988.65118号
[14] 海尔,E。;卢比奇,C。;Wanner,G.,《几何-数值积分:常微分方程的结构保持算法》(2006),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin,Heidelberg·Zbl 1094.65125号
[15] Hochbruck,M。;Lubich,C.,振荡二阶微分方程的Gautschi型方法,数值。数学。,83, 403-426 (1999) ·Zbl 0937.65077号
[16] Hochbruck先生。;Ostermann,A.,指数积分器,《数值学报》。,1920年至286年(2010年)·Zbl 1242.65109号
[17] Infeld,E。;Rowlands,G.,《非线性波、孤子和混沌》(1990),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社,纽约·Zbl 0726.76018号
[18] 刘,K。;Wu,X.,振荡哈密顿系统的扩展离散梯度公式,J.Phys。A: 数学。理论。,第46条,第165203页(2013年),第19页·Zbl 1387.65129号
[19] Matsuo,T.,非线性波动方程离散变分导数的新保守格式,J.Compute。申请。数学。,203, 32-56 (2007) ·Zbl 1120.65096号
[20] Matsuo,T。;Yamaguchi,H.,一类非线性色散方程的能量守恒Galerkin格式,J.Compute。物理。,228, 4346-4358 (2009) ·Zbl 1169.65097号
[21] 麦克拉克伦,R.I。;Quispel,G.R.W。;Robidoux,N.,使用离散梯度的几何积分,Philos。事务处理。R.Soc.A,3571021-1045(1999)·Zbl 0933.65143号
[22] Quispel,G.R.W。;McLaren,D.I.,一类新的保能数值积分方法,J.Phys。A、 第41条,第045206页(2008年),第7页·Zbl 1132.65065号
[23] 林格勒,T.D。;Thuburn,J。;Klemp,J.B。;Skamarock,W.C.,《任意结构C网格的能量守恒和位涡动力学统一方法》,J.Compute。物理。,2293065-3090(2010年)·Zbl 1307.76054号
[24] Schiesser,W.,《线的数值方法:偏微分方程的积分》(1991),学术出版社:圣地亚哥学术出版社·Zbl 0763.65076号
[25] Sevryuk,M.B.,可逆系统,数学课堂笔记。,第1211卷(1986年),《柏林春天》·Zbl 0661.58002号
[26] Shakeri,F。;Dehghan,M.,通过He的变分迭代法求解Klein-Gordon方程,非线性动力学。,51, 89-97 (2008) ·Zbl 1179.81064号
[27] Shi,W。;吴,X。;Xia,J.,哈密顿波动方程的显式多符号扩展跳跃编程方法,J.Compute。物理。,231, 7671-7694 (2012) ·Zbl 1284.65186号
[28] Taleei,A。;Dehghan,M.,一维和多维非线性薛定谔方程孤子解的时间分裂伪谱区域分解方法,计算。物理学。社区。,185, 1515-1528 (2014) ·Zbl 1348.35246号
[29] Van de Vyver,H.,Scheifele摄动振子的两步方法,J.Compute。申请。数学。,224, 415-432 (2009) ·Zbl 1185.65120号
[30] 王,B。;刘凯。;Wu,X.,求解高振荡二阶初值问题的丝状渐近方法,J.Compute。物理。,243210-223(2013)·Zbl 1349.65219号
[31] 王,B。;Iserles,A。;Wu,X.,多频振荡系统的任意阶三角傅里叶配置法,Found。计算。数学。,16, 151-181 (2016) ·兹比尔1341.65029
[32] Wazwaz,A.M.,Boussinesq和Klein-Gordon方程的新行波解,Commun。非线性科学。数字。模拟。,13, 889-901 (2008) ·Zbl 1221.35372号
[33] 吴,X。;Liu,C.,适用于任意高维非线性Klein-Gordon方程不同边界条件的积分公式及其应用,J.Math。物理。,第57条,第021504页(2016年),第21页·Zbl 1339.35296号
[34] 吴,X。;你,X。;Xia,J.,求解振荡系统的ARKN方法的阶条件,计算。物理学。社区。,180, 2250-2257 (2009) ·Zbl 1197.65084号
[35] 吴,X。;你,X。;Shi,W。;Wang,B.,振荡二阶微分方程组的ERKN积分器,计算。物理学。社区。,181, 1873-1887 (2010) ·Zbl 1217.65141号
[36] 吴,X。;王,B。;Xia,J.,显式辛多维指数拟合修正Runge-Kutta-Nistrom方法,BIT,52,773-795(2012)·Zbl 1258.65068号
[37] 吴,X。;王,B。;Shi,W.,振荡哈密顿系统的高效保能积分器,J.Compute。物理。,235, 587-605 (2013) ·Zbl 1291.65363号
[38] 吴,X。;你,X。;Wang,B.,振荡微分方程的结构保持算法(2013),Springer-Verlag:Springer-Verlag Heidelberg·Zbl 1276.65041号
[39] 吴,X。;梅,L。;Liu,C.,具有Robin边界条件的高维非线性波动方程解的解析表达式,J.Math。分析。申请。,426, 1164-1173 (2015) ·Zbl 1311.65131号
[40] 吴,X。;刘,C。;Mei,L.,使用半解析显式RK(N)型积分器求解偏微分方程的新框架,J.Compute。申请。数学。,301、74-90(2016)·Zbl 1332.65152号
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