×

多维非线性时间分数阶薛定谔方程的二阶有限差分格式。 (英语) Zbl 1506.65127号

摘要:本文研究了一种线性化的二阶有限差分格式,用于求解\(d\)(\(d=1,2,3\))维非线性时间分数阶薛定谔方程。在弱非线性假设下,在不受网格比限制的情况下,建立了数值解的最优误差估计。除标准能量法外,分析的关键工具包括数学归纳法、几个逆Sobolev不等式和一个离散分数Gronwall型不等式。该格式的收敛速度为(O(tau^2+h^2),时间步长为(tau),网格尺寸为(h)。数值结果验证了理论分析。

MSC公司:

6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65纳米06 含偏微分方程边值问题的有限差分方法
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
35兰特 分数阶偏微分方程
2011年第35季度 依赖时间的薛定谔方程和狄拉克方程
55年第35季度 NLS方程(非线性薛定谔方程)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Acedo,SBY,显式有限差分法——分数阶扩散方程的新von neumann型稳定性分析,SIAM J.Numer。分析。,42, 5, 1862-1874 (2005) ·Zbl 1119.65379号 ·数字对象标识代码:10.1137/030602666
[2] Alikhanov,AA,时间分数阶扩散方程的新差分格式,J.Compute。物理。,280, 424-438 (2015) ·Zbl 1349.65261号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.09.031
[3] 安托万,X。;Bao,W。;Besse,C.,非线性Schröinger/gross-Pitaevskii方程动力学的计算方法,计算。物理学。Comm.,184,2621-2633(2013)·Zbl 1344.35130号 ·doi:10.1016/j.cpc.2013.07.012
[4] 安托万,X。;唐奇。;Zhang,J.,《非线性分数阶Schrödinger/gross-Pitaevskii方程的数值解和动力学规律》,国际计算机杂志。数学。,95, 1423-1443 (2018) ·Zbl 1499.35522号 ·doi:10.1080/0207160.2018.1437911
[5] Bao,W。;Cai,Y.,玻色-爱因斯坦凝聚的数学理论和数值方法,Kinet。相关。国防部。,6, 1-135 (2013) ·Zbl 1266.82009年 ·doi:10.3934/krm.2013.6.1
[6] Bao,W。;Carles,R。;苏,C。;Tang,Q.,对数薛定谔方程正则化有限差分方法的误差估计,SIAM J.Numer。分析。,57, 657-680 (2019) ·Zbl 1416.35225号 ·doi:10.1137/18M1177445
[7] Bao,W。;Carles,R。;苏,C。;Tang,Q.,对数薛定谔方程的正则化数值方法,数值。数学。,143, 461-487 (2019) ·Zbl 1507.35218号 ·doi:10.1007/s00211-019-01058-2
[8] 布拉维,AH;EH多哈;埃兹·埃尔迪安,SS;Van Gorder,RA,《解1+1分数阶薛定谔方程和分数阶耦合薛定谔的新雅可比谱配置方法》,《欧洲物理学》。J.加。,129, 260 (2014) ·doi:10.1140/epjp/i2014-14260-6
[9] 巴拉维,AH;Abdelkawy,MA,多维分数阶薛定谔方程的全谱配置近似,J.Compute。物理。,294, 462-483 (2015) ·Zbl 1349.65503号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.03.063
[10] 曹,J。;Xu,C.,分数阶常微分方程数值解的高阶模式,J.Compute。物理。,586, 93-103 (2013) ·Zbl 1280.65066号
[11] 曹伟。;张,Z。;Karniadakis,GE,分数阶微分方程的时间分裂方案I:光滑解,SIAM J.Sci。计算。,37、4、A1752-A1776(2015)·Zbl 1320.65106号 ·数字对象标识代码:10.1137/140996495
[12] Chang,Q。;贾,E。;Sun,W.,求解广义非线性薛定谔方程的差分格式,J.Compute。物理。,148, 397-415 (1999) ·Zbl 0923.65059号 ·doi:10.1006/jcph.1998.6120
[13] 陈,X。;Di,Y。;Duan,J。;Li,D.,线性化紧致,非线性时间分数阶薛定谔方程的ADI格式,应用。数学。莱特。,84, 160-167 (2018) ·Zbl 1473.65097号 ·doi:10.1016/j.aml.2018.05.007
[14] 高,G。;孙,Z。;Zhang,H.,一个新的近似Caputo分数导数的分数数值微分公式及其应用,J.Comput。物理。,259, 33-50 (2014) ·Zbl 1349.65088号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.11.017
[15] 高,G。;Sun,Z.,分数次扩散方程的紧致有限差分格式,J.Compu。物理。,230, 3, 586-595 (2011) ·Zbl 1211.65112号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.10.007
[16] Henning,P。;Peterseim,D.,Crank-nicolson-Galerkin逼近带粗糙势的非线性薛定谔方程,数学。国防部。方法。申请。S、 27、11、2147-2184(2017)·Zbl 1377.65128号 ·doi:10.1142/S0218202517500415
[17] Henning,P.,Wrnegrd,J.:关于非线性薛定谔方程Crank-Nicolson逼近的最优H1-误差估计的注记,BIT.doi:10.1007/s10543-020-00814-3
[18] Hicdurmaz,B。;Ashyralyev,A.,多维时间分数阶薛定谔方程的稳定数值方法,计算。数学。申请。,72, 1703-1713 (2016) ·Zbl 1361.65056号 ·doi:10.1016/j.camwa.2016.07.036
[19] Iomin,A.,分数时间薛定谔方程:梳状体上的分数动力学,混沌孤子。分形。,44, 4-5, 348-352 (2011) ·Zbl 1225.81053号 ·doi:10.1016/j.chaos.2011.03.005
[20] Jin,B。;拉扎罗夫,R。;Zhou,Z.,非光滑数据分数阶扩散和扩散波方程的两种格式,SIAM J.Sci。计算。,38,1,A146-A170(2014)·Zbl 1381.65082号 ·数字对象标识代码:10.1137/140979563
[21] Jin,B。;李,B。;Zhou,Z.,非线性细分扩散方程的数值分析,SIAM J.Numer。分析。,56, 1, 1-23 (2017) ·Zbl 1422.65228号 ·doi:10.1137/16M1089320
[22] Jin,B。;李,B。;Zhou,Z.,分数阶发展方程时间步长格式的离散最大正则性,数值。数学。,138, 101-131 (2018) ·Zbl 1421.65025号 ·doi:10.1007/s00211-017-0904-8
[23] 兰兰兹,TAM;Henry,BI,分数扩散方程隐式解方法的准确性和稳定性,J.Compute。物理。,205, 2, 719-736 (2005) ·Zbl 1072.65123号 ·doi:10.1016/j.jcp.2004.11.025
[24] 李,D。;廖,H。;Sun,W。;Wang,J。;Zhang,J.,时间分数非线性抛物型问题的L1-Galerkin FEM分析,Commun。计算。物理。,2018年6月24日至103日·Zbl 1488.65431号 ·doi:10.4208/cicp。OA-2017-0080
[25] 李,D。;Wang,J。;Zhang,J.,非线性时间分数阶Schrödinger方程的无条件收敛L1-Galerkin FEM,SIAM J.Sci。计算。,39、6、A3067-A3088(2017)·Zbl 1379.65079号 ·doi:10.1137/16M1105700
[26] 李,X。;蔡,Y。;Wang,P.,求解Gross-Pitaevskii方程的质量和能量守恒的算子补偿方法,应用。数字。数学。,151, 337-353 (2020) ·Zbl 1440.65090号 ·doi:10.1016/j.apnum.2020.01.004
[27] 李,X。;朱,J。;张,R。;Cao,S.,偶极玻色-爱因斯坦凝聚的组合间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,275, 363-376 (2014) ·Zbl 1349.65457号 ·doi:10.1016/j.jp.2014.07.013
[28] 廖,H。;Mclean,W。;Zhang,J.,离散grönwall不等式及其在细分扩散问题数值格式中的应用,SIAM J.Numer。分析。,57, 1, 218-237 (2019) ·Zbl 1414.65008号 ·doi:10.1137/16M1175742
[29] 廖,H。;Mclean,W。;Zhang,J.,线性反应-细分扩散问题的非均匀时间步长二阶格式,Commun。计算。物理。,30, 2, 567-601 (2021) ·兹比尔1473.65110 ·doi:10.4208/cicp。OA-2020-0124号文件
[30] 廖,H。;唐,T。;Zhou,T.,时间分数阶Allen-Cahn方程的二阶非均匀时步最大原理保持格式,J.Compute。物理。,414, 109473 (2020) ·Zbl 1440.65116号 ·doi:10.1016/j.jcp.2020.109473
[31] Lubich,C.,关于薛定谔-泊松方程和三次非线性薛定谔·泊松方程的分裂方法,数学。公司。,77, 2141-2153 (2008) ·Zbl 1198.65186号 ·doi:10.1090/S0025-5718-08-0201-7
[32] 吉,B。;廖,H。;龚,Y。;Zhang,L.,时间分数分子束外延生长模型的自适应二阶Crank-Nicolson时间步进方案,SIAM J.Sci。计算。,42、3、B738-B760(2020年)·Zbl 1464.35229号 ·doi:10.1137/19M1259675
[33] Lin,Y。;Xu,C.,时间分数阶扩散方程的有限差分/谱近似,J.Compute。物理。,225, 1533-1552 (2007) ·Zbl 1126.65121号 ·doi:10.1016/j.jcp.2007.02.001
[34] 莫赫比,A。;阿巴斯扎德,M。;Dehghan,M.,《基于配点和径向基函数的无网格技术用于求解量子力学中产生的时间分数阶非线性薛定谔方程》,《工程分析》。绑定元素。,37, 2, 475-485 (2013) ·Zbl 1352.65397号 ·doi:10.1016/j.enganabound.2012.12.002
[35] 穆斯塔法,K。;Almutaw,J.,反常亚扩散方程的有限差分方法,理论与应用,数值。算法,61,4,525-543(2012)·Zbl 1263.65082号 ·doi:10.1007/s11075-012-9547-0
[36] Mustapha,K.,分数扩散问题的时步不连续伽辽金方法,数值。数学。,130, 3, 497-516 (2015) ·Zbl 1320.65144号 ·doi:10.1007/s00211-014-0669-2
[37] 穆斯塔法,K。;McLean,W.,分数阶扩散和波动方程的间断Galerkin方法的超收敛,SIAM J.Numer。分析。,51, 1, 491-515 (2013) ·Zbl 1267.26005号 ·数字对象标识代码:10.1137/120880719
[38] Naber,M.,时间分数阶薛定谔方程,J.Math。物理。,45, 3339-3352 (2004) ·兹比尔1071.81035 ·doi:10.1063/1.1769611
[39] Ohannes,K。;Charalambos,M.,非线性薛定谔方程的时空有限元方法:连续Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,36, 1779-1807 (1999) ·Zbl 0934.65110号 ·doi:10.1137/S0036142997330111
[40] Sanz-Serna,JM,非线性薛定谔方程数值解的方法,数学。计算。,43, 21-27 (1984) ·Zbl 0555.65061号 ·doi:10.1090/S0025-5718-1984-0744922-X
[41] 孙,Z。;Wu,X.,扩散波系统的全离散差分格式,应用。数字。数学。,193-209年2月56日(2006年)·Zbl 1094.65083号 ·doi:10.1016/j.apnum.2005.03.003
[42] Thalhammer,M.,含时薛定谔方程的高阶指数算子分裂方法,SIAM J.Numer。分析。,46, 2022-2038 (2008) ·Zbl 1170.65061号 ·数字对象标识代码:10.1137/060674636
[43] Thalhammer,M。;卡利亚里,M。;Neuhauser,C.,高阶时间分裂Hermite和Fourier谱方法,J.Compute。物理。,228, 822-832 (2009) ·Zbl 1158.65340号 ·doi:10.1016/j.jcp.2008.10.008
[44] 托菲吉,A.,时间分数阶薛定谔方程的概率结构,学报。Physica Polonica系列A,116,2,114-119(2009)·doi:10.12693/APhysPolA.116.114
[45] Wang,J.,广义非线性薛定谔方程的Crank-Nicolson-Galerkin FEM的新误差分析,J.Sci。计算。,60, 390-407 (2014) ·Zbl 1306.65257号 ·doi:10.1007/s10915-013-9799-4
[46] 王,S。;Xu,M.,具有时空分数导数的广义分数阶薛定谔方程,数学杂志。物理。,48, 4, 81 (2007) ·Zbl 1137.81328号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.2716203
[47] Wang,T。;Wang,J。;Guo,B.,求解非线性薛定谔方程的两种完全显式和无条件收敛的傅里叶伪谱方法,J.Compute。物理。,404, 109116 (2020) ·Zbl 1453.65366号 ·doi:10.1016/j.jcp.2019.109116
[48] Wang,Y.,Wang,G.,Bu,L.,Mei,L.:多维非线性时间分数阶Schrödinger方程的两个二阶和线性数值格式。数字。算法。doi:10.1007/s11075-020-01044-y·兹比尔1496.65174
[49] Wei,L。;何毅。;Zhang,X.,时间分数阶Schrödinger方程的隐式全离散局部间断Galerkin方法分析,有限元。分析。设计。,59, 28-34 (2012) ·doi:10.1016/j.finel.2012.03.008
[50] Xu,Y。;Shu,C-W,非线性薛定谔方程的局部间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,205, 72-77 (2005) ·Zbl 1072.65130号 ·doi:10.1016/j.jcp.2004.11.001
[51] Yang,Y。;Wang,J。;张,S。;Tohidi,E.,求解时间分数阶Schrdinger方程的时空Jacobi谱配置法的收敛性分析,应用。数学。计算。,387, 124489 (2019) ·Zbl 1488.65525号
[52] 赵,X.,连续无序非线性薛定谔方程的数值积分器,J.Sci。计算。,89, 40 (2021) ·Zbl 1482.35222号 ·doi:10.1007/s10915-021-01653-2
[53] 周瑜:离散泛函分析在有限差分方法中的应用。国际学术出版社,北京(1990)
[54] 庄,P。;刘,F。;Anh,V。;Turner,I.,非线性分数反应-细分扩散过程隐式数值方法的稳定性和收敛性,IMA J.Appl。数学。,74, 5, 645-667 (2009) ·Zbl 1187.35271号 ·doi:10.1093/imamat/hxp015
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。