×

耦合Klein-Gordon-Schrödinger系统的高阶拉格朗日乘子方法。 (英语) Zbl 07748043号

小结:在这项工作中,开发了一类新的高阶能量保持算法来模拟耦合的Klein-Gordon-Schrödinger方程。我们引入了拉格朗日乘子方法,并推导出了一个新的系统,该系统精确地保证了原始总能量,而不是以前能量求积方法中修改的二次能量。然后将拉格朗日系统等价地重新表示为一个受PDE约束的优化问题。我们通过应用高斯配点法、时间上的预测校正技术和空间上的正弦伪谱方法对优化系统进行离散化,从而得到一系列完全离散的高阶能量保持格式。在数值实验中,我们将该方法与以前的其他方法进行了比较,验证了该方法的高精度以及在每个时间层保持原始能量的能力。证明了新方法在非相对论极限状态下对KGS模型的可行性和有效性。此外,受这一开创性思想的启发,还提出了另一类保留质量和能量两个不变量的高阶数值算法,并列出了相关的实验结果,以验证该方法的有效性。

MSC公司:

65百万 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法
35季度xx 数学物理偏微分方程及其他应用领域
65磅 常微分方程的数值方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Akrivis,G。;李,B。;Li,D.,Allen-Cahn和Cahn-Hilliard方程的能量衰减外推RK-SAV方法,SIAM J.Sci。计算。,41,6,A3703-A3727(2019)·Zbl 1435.65141号
[2] 安托万,X。;沈杰。;Tang,Q.,非线性Schrödinger/Gross-Pitaevskii方程动力学的标量辅助变量/基于拉格朗日乘子的伪谱方案,J.Compute。物理。,437,第110328条pp.(2021)·Zbl 07505911号
[3] Bao,W。;董,X。;Wang,S.,Klein-Gordon-Schrödinger方程对薛定谔-Yukawa方程的奇异极限,多尺度模型。模拟。,8, 5, 1742-1769 (2010) ·Zbl 1210.35223号
[4] Bao,W。;Su,C.,非相对论和无质量极限状态下Klein-Gordon-Schrödinger系统有限差分方法的一致误差估计,Kinet。相关。模型,11,4,1037-1062(2018)·Zbl 1405.65093号
[5] Bao,W。;Yang,L.,Klein-Gordon-Schrödinger方程的高效精确数值方法,J.Compute。物理。,225, 1863-1893 (2007) ·Zbl 1125.65093号
[6] Bao,W。;Zhao,X.,非相对论极限条件下Klein-Gordon-Schrödinger方程的一致精确(UA)多尺度时间积分器傅立叶伪谱方法,Numer。数学。,135, 3, 833-873 (2017) ·兹比尔1361.65080
[7] 布鲁尼亚诺。;伊韦纳罗,F。;Trigante,D.,哈密顿边值方法(能量保持离散线积分方法),J.Numer。分析。Ind.申请。数学。,5, 1-2, 17-37 (2010) ·Zbl 1432.65182号
[8] 蔡伟(Cai,W.)。;龚,Y。;Wang,Y.,保守系统的显式和实际不变量保持方法(2020),arXiv预印本
[9] Cheng,Q。;刘,C。;Shen,J.,梯度流的新拉格朗日乘子方法,计算。方法应用。机械。工程,367,第113070条pp.(2020)·Zbl 1442.65211号
[10] Cheng,Q。;Shen,J.,梯度流的全局约束保持标量辅助变量格式,SIAM J.Sci。计算。,42、4、A2489-A2513(2020)·Zbl 1456.65087号
[11] 冯,K。;秦,M.,《哈密顿系统的辛几何算法》(2010),施普林格:施普林格-柏林,海德堡·Zbl 1207.65149号
[12] Franco,J.M。;Gómez,I.,周期刚性问题的四阶对称DIRK方法,Numer。算法,32,2,317-336(2003)·Zbl 1058.65072号
[13] 福田,I。;Tsutsumi,M.,关于三维空间中yukawa耦合的Klein-Gordon-Schrödinger方程,Proc。日本。学院。,51, 6, 402-405 (1975) ·Zbl 0313.35065号
[14] 福田,I。;Tsutsumi,M.,《关于耦合Klein-Gordon-Schrödinger方程II》,J.Math。分析。申请。,66358-378(1978年)·Zbl 0396.35082号
[15] 福田,I。;Tsutsumi,M.,关于耦合Klein-Gordon-Schrödinger方程III,数学。日本。,24, 3, 307-321 (1979) ·Zbl 0415.35071号
[16] 格拉斯纳,K。;Orizaga,S.,《提高梯度流方程凸度分裂方法的精度》,J.Compute。物理。,315, 52-64 (2016) ·Zbl 1349.65515号
[17] 龚,Y。;洪,Q。;Wang,Q.,热力学一致偏微分方程的补充变量法,计算。方法应用。机械。工程,381,文章113746 pp.(2021)·Zbl 1506.74495号
[18] 龚,Y。;Zhao,J.,使用能量求积方法的梯度流模型的能量稳定Runge-Kutta格式,应用。数学。莱特。,94, 224-231 (2019) ·Zbl 1452.65122号
[19] 龚,Y。;赵,J。;Wang,Q.,梯度流模型的任意高阶线性能量稳定格式,J.Compute。物理。,419,第109610条,第(2020)页·Zbl 07507221号
[20] Guo,B.,复Schrödinger场与实Klein-Gordon场相互作用下一类方程组某些问题的全局解,Sci。中国系列。A、 297-107(1982)
[21] 郭,B。;Miao,C.,耦合Klein-Gordon-Schrödinger方程解的整体存在性和渐近行为,科学。中国系列。A、 381444-1456(1995)·Zbl 0845.35098号
[22] 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·兹比尔1094.65125
[23] Hong,J。;江,S。;Li,C.,Klein-Gordon-Schrödinger方程的显式多符号方法,J.Compute。物理。,228, 9, 3517-3532 (2009) ·Zbl 1164.65035号
[24] 洪,Q。;Wang,Y。;Wang,J.,二维Klein-Gordon-Schrödinger方程线性Fourier伪谱格式的最佳误差估计,J.Math。分析。申请。,468, 817-838 (2018) ·Zbl 1407.65213号
[25] Kong,L。;刘,R。;Xu,Z.,用多符号方法数值模拟薛定谔场和克莱恩·戈登场之间的相互作用,应用。数学。计算。,181, 1, 342-350 (2006) ·Zbl 1148.65317号
[26] 李,M。;石,D。;王,J。;Ming,W.,非线性Klein-Gordon-Schrödinger方程保守线性化Galerkin FEM的无条件超收敛分析,应用。数字。数学。,142, 47-63 (2019) ·Zbl 1477.65160号
[27] 李,X。;龚,Y。;Zhang,L.,利用标量辅助变量方法求解带波算子的非线性薛定谔方程的线性高阶能量保持格式,J.Sci。计算。,88, 20 (2021) ·兹比尔1480.35358
[28] 李,X。;Zhang,L.,多维耦合Gross-Pitaevskii方程的保守正弦伪谱差分方法,高级计算。数学。,46, 26 (2020) ·Zbl 1436.65106号
[29] 李,X。;Zhang,L.,Klein-Gordon-Schrödinger方程的高阶保守能量求积方案,高级计算。数学。,48, 41 (2022) ·Zbl 1502.65162号
[30] Makhankov,V.G.,经典孤子动力学(在不可积系统中),物理学。代表,35,1,1-128(1978)
[31] Nocedal,J。;Wright,S.J.,数值优化(1999),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 0930.65067号
[32] Ohta,M.,耦合Klein-Gordon-Schrödinger方程的稳态稳定性,非线性分析。,27, 4, 455-461 (1996) ·Zbl 0867.35092号
[33] 小泽,T。;Tsutsumi,Y.,耦合Klein-Gordon-Schrödinger方程解的渐近行为,高等数学研究所。,23295-305(1994年)·Zbl 0817.35089号
[34] 沈杰。;Xu,J.,梯度流标量辅助变量(SAV)格式的收敛性和误差分析,SIAM J.Numer。分析。,56, 5, 2895-2912 (2018) ·Zbl 1403.65047号
[35] 沈杰。;Xu,J.,强各向异性自由能梯度流的稳定预测校正方案,Commun。计算。物理。,24, 3, 635-654 (2018) ·Zbl 1475.82027号
[36] 沈杰。;徐,J。;Yang,J.,梯度流的标量辅助变量(SAV)方法,J.Compute。物理。,353, 15, 407-416 (2018) ·Zbl 1380.65181号
[37] 王,J。;Liang,D。;Wang,Y.,Klein-Gordon-Schrödinger方程的保守高阶紧致有限差分格式分析,J.Compute。申请。数学。,358, 84-96 (2019) ·Zbl 1419.65034号
[38] 王,S。;Zhang,L.,求解耦合Klein-Gordon-Schrödinger方程的一类保守正交样条配置格式,应用。数学。计算。,203, 2, 799-812 (2008) ·Zbl 1180.65135号
[39] Wang,T。;Yong,J.,Klein-Gordon-Schrödinger方程两个保守差分格式的点向误差,Commun。非线性科学。数字。模拟。,17, 12, 4565-4575 (2012) ·Zbl 1263.35184号
[40] Wang,T。;赵,X。;Jiang,J.,高维Klein-Gordon-Schrödinger方程两个线性和保守有限差分格式的无条件和最优(H^2)-误差估计,高级计算。数学。,44, 477-503 (2018) ·Zbl 1448.65122号
[41] 杨,X。;Ju,L.,相场弹性弯曲能量模型的无条件能量稳定性高效线性格式,计算。方法应用。机械。工程,315,1691-712(2017)·Zbl 1439.74165号
[42] 杨,X。;赵,J。;Wang,Q.,基于不变能量求积方法的分子束外延生长模型的数值近似,J.Compute。物理。,333, 104-127 (2017) ·Zbl 1375.82121号
[43] 张,H。;钱,X。;Song,S.,非线性哈密顿常微分方程的新型高阶能量守恒对角隐式Runge-Kutta格式,应用。数学。莱特。,102,第106091条,第(2020)页·Zbl 1524.65949号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,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,而不要求完整或完全匹配。