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求解二维分数阶扩散方程的一种新的勒让德配置方法。 (英语) Zbl 1468.65161号

摘要:提出并分析了一种新的谱移Legendre-Gauss-Lobatto配置(SL-GL-C)方法,用于求解一类二维变系数初边值分数阶扩散方程。该方法基本上依赖于这样一个事实,即假设偏分数微分方程(PFDE)中函数及其空间分数导数在一系列移位勒让德多项式(P_{L,n}(x)P_{L,m}(y)中展开;然后通过将PFDE及其边界和初始条件简化为这些系数的常微分方程组(SODE)来确定膨胀系数。该系统可用四阶隐式Runge-Kutta(IRK)方法进行数值求解。与普通的有限差分法和有限元法相比,该方法对两种空间离散具有指数收敛速度。数值例子以表格和图表的形式给出,以便与其他方法获得的结果进行比较,并更容易与精确解进行比较。

理学硕士:

65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
35兰特 分数阶偏微分方程
65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 卡努托,C。;侯赛尼,M.Y。;Quarteroni,A。;Zang,T.A.,《光谱方法:单一领域的基础》(2006),纽约州纽约市,美国:施普林格,纽约州,纽约州美国·Zbl 1093.76002号
[2] 沙梅尔,H。;Elsaesser,K.,谱方法在非线性波传播中的应用,计算物理杂志,22,4,501-516(1976)·Zbl 0344.65055号 ·doi:10.1016/0021-991(76)90046-2
[3] Abd-Elhameed,W.M。;多哈,E.H。;Youssri,Y.H.,使用一般参数广义Jacobi多项式求解三阶和五阶微分方程的高效谱Petrov-Galerkin方法,Quaestions Mathematicae,36,15-38(2013)·Zbl 1274.65222号 ·doi:10.2989/16073606.2013.779945
[4] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H。;Abdelkawy,医学硕士。;Hafez,R.M.,非线性耦合粘性Burgers方程的Jacobi配置近似,中欧物理杂志,12,111-122(2014)·doi:10.2478/s11534-014-0429-z
[5] 阿迪比,H。;Rismani,A.M.,《关于使用改进的勒让德谱方法求解Lane-Emden型奇异IVP》,《计算机与数学及其应用》,60,7,2126-2130(2010)·Zbl 1205.65201号 ·doi:10.1016/j.camwa-2010年7月05日
[6] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H。;Abdelkawy,医学硕士。;van Gorder,R.A.,Jacobi-Gauss-Lobatto配点法在非线性薛定谔方程数值解中的应用,计算物理杂志,261244-255(2014)·Zbl 1349.65511号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.01.003
[7] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H。;巴利亚努,D。;Hafez,R.M.,广义受电弓方程数值解的新Jacobi有理数-高斯配置法,应用数值数学,77,43-54(2014)·Zbl 1302.65175号 ·doi:10.1016/j.apnum.2013.11.003
[8] Mahfouz,F.M.,使用谱方法对填充有微孔流体的偏心环空中的自由对流进行数值模拟,应用数学与计算,2195397-5409(2013)·Zbl 1282.76144号 ·doi:10.1016/j.amc.2012.11.038
[9] 马,J。;李,B.-W。;Howell,J.R.,使用全谱k分布模型的光谱配置方法在一维和二维外壳中的热辐射传热,《国际传热与传质杂志》,71,35-43(2014)·doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.009
[10] 马,X。;Huang,C.,线性分数阶积分微分方程的谱配置方法,应用数学建模,381434-1448(2014)·Zbl 1427.65421号 ·doi:10.1016/j.apm.2013.08.013
[11] Abd-Elhameed,W.M。;多哈,E.H。;Youssri,Y.H.,用三阶和四阶切比雪夫多项式求解二阶多点边值问题的新小波配置方法,抽象与应用分析,2013(2013)·Zbl 1291.65238号 ·doi:10.1155/2013/542839
[12] Lau,S.R.(Lau,S.R.)。;Price,R.H.,双中心域上三维螺旋简化波动方程的稀疏谱道方法,计算物理杂志,2317695-7714(2012)·Zbl 1284.65176号 ·doi:10.1016/j.jcp.2012.07.006
[13] Ghoreshi,F。;Yazdani,S.,多阶分数阶微分方程数值解谱Tau方法的扩展及收敛性分析,计算机与数学应用,61,1,30-43(2011)·Zbl 1207.65108号 ·doi:10.1016/j.camwa.2010.10.027
[14] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H.,使用勒让德谱-伽勒金方法求解多维椭圆Robin边值问题的高效直接解算器,计算机和数学及其应用,64,558-571(2012)·Zbl 1252.65194号 ·doi:10.1016/j.camwa.2011.12.050
[15] 博阿卡,T。;Boaca,I.,层流和湍流传质研究中的光谱伽辽金方法,计算机辅助化学工程,2499-104(2007)·doi:10.1016/S1570-7946(07)80040-X
[16] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H。;Hafez,R.M.,三阶和五阶微分方程的Jacobi-Jacobi对偶Petrov-Galerkin方法,数学与计算机建模,53,9-10,1820-1832(2011)·Zbl 1219.65077号 ·doi:10.1016/j.mcm.2011.01.002
[17] Abd-Elhameed,W.M。;多哈,E.H。;Bassuony,M.A.,求解高奇阶边值问题积分形式的两种Legendre-Dual-Petrov-Galerkin算法,科学世界杂志,2013(2013)·Zbl 1286.65093号 ·doi:10.1155/2014/309264
[18] Wang,L。;马云(Ma,Y.)。;Meng,Z.,Haar小波方法数值求解分数阶偏微分方程,应用数学与计算,22766-76(2014)·Zbl 1364.65213号 ·doi:10.1016/j.amc.2013.11.004
[19] Golbabai,A。;Javidi,M.,基于Chebyshev谱配置法的非经典抛物问题的数值解,应用数学与计算,190,1179-185(2007)·兹比尔1122.65390 ·doi:10.1016/j.amc.2007.01.033
[20] Bhrawy,A.H.,解含时系数的广义Fitzhugh-Nagumo方程的Jacobi-Gauss-Lobatto配置法,应用数学与计算,22225-264(2013)·Zbl 1329.65234号 ·doi:10.1016/j.amc.2013.07.056
[21] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H。;Hafez,R.M.,高阶多点边值问题的On-shifted Jacobi谱方法,《非线性科学与数值模拟中的通信》,17,10,3802-3810(2012)·Zbl 1251.65112号 ·doi:10.1016/j.cnsns.2012.02.027
[22] 加拉帕,R。;Popolizio,M.,《关于分数阶偏微分方程矩阵函数的使用》,《模拟中的数学和计算机》,81,5,1045-1056(2011)·兹比尔1210.65162 ·doi:10.1016/j.matcom.2010.10.009
[23] 佩德斯,A.A。;Tamme,E.,用样条配置法求解非线性分数阶微分方程,计算与应用数学杂志,255216-230(2014)·Zbl 1291.65247号 ·doi:10.1016/j.cam.2013.04.049
[24] 高,F。;李,X。;费,F。;Tong,H。;邓,Y。;Zhao,H.,通过微分进化识别具有函数极值模型的时滞分数阶混沌,应用专家系统,411601-1608(2014)·doi:10.1016/j.eswa.2013.08.057
[25] Zhao,Y。;Cheng,D.F。;Yang,X.J.,一维Cantorian系统中局部分数阶Schrödinger方程的近似解,数学物理进展,2013(2013)·Zbl 1292.81050号 ·doi:10.1155/2013/291386
[26] Bhrawy,A.H。;Al-Shomrani,M.M.,分数阶多点边值问题的移位勒让德谱方法,差分方程进展,2012(2012)·兹比尔1280.65074 ·doi:10.1186/1687-1847-2012-8
[27] Kirchner,J.W。;X·冯。;Neal,C.,《脆弱化学及其对集水区污染物迁移的影响》,《自然》,4036769524-526(2000)·doi:10.1038/35000537
[28] 佩德斯,A。;Tamme,E.,分数阶微分方程线性边值问题的分段多项式配置,计算与应用数学杂志,236,13,3349-3359(2012)·Zbl 1245.65104号 ·doi:10.1016/j.cam.2012.03.002
[29] Ahmadian,A。;苏莱曼,M。;Salahshour,S。;Baleanu,D.,解模糊线性分数阶微分方程的雅可比运算矩阵,差分方程进展,2013(2013)·Zbl 1380.34004号 ·数字对象标识代码:10.1186/1687-1847-2013-104
[30] Bhrawy,A.H。;Alghamdi,M.A.,求解非线性分数阶Langevin方程的移位Jacobi-Gauss-Lobatto配点法,不同区间的两个分数阶,边值问题,2012(2012)·Zbl 1280.65079号 ·doi:10.1186/1687-2770-2012-62
[31] Hilfer,R.,《分数微积分在物理学中的应用》(2000),新加坡:Word Scientific,新加坡·Zbl 0998.26002号
[32] 科托明,E。;库佐夫科夫,V.,《扩散控制反应的现代方面:双分子过程中的合作现象》。扩散控制反应的现代方面:双分子过程中的合作现象,综合化学动力学(1996),Elsevier
[33] 巴利亚努,D。;Diethelm,K。;Scalas,E。;Trujillo,J.J.,《分数微积分模型和数值方法》。分数阶微积分模型和数值方法,复杂性、非线性和混沌系列(2012),新加坡:世界科学出版社,新加坡·Zbl 1248.26011号
[34] 坎特雷尔,R.S。;Cosner,C.,《通过反应扩散方程的空间生态学》(2004),威利·Zbl 1058.92041号
[35] Wang,H。;Du,N.,空间分数扩散方程的快速求解方法,计算与应用数学杂志,255,376-383(2014)·Zbl 1291.65324号 ·doi:10.1016/j.cam.2013.06.002
[36] Bhrawy,A.H。;Baleanu,D.,变系数空间分数平流扩散方程的谱Legendre-Gauss-Lobatto配置方法,数学物理报告,72219-233(2013)·Zbl 1292.65109号 ·doi:10.1016/S0034-4877(14)60015-X
[37] 多哈,E.H。;Bhrawy,A.H。;Ezz-Eldien,S.S.,通过Chebyshev谱道方法对分数阶扩散方程进行数值近似,中欧物理杂志,11494-1503(2013)·doi:10.2478/s11534-013-0264-7
[38] 刘,F。;庄,P。;特纳,I。;Burrage,K。;Anh,V.,求解分数扩散方程的新分数有限体积法,应用数学建模(2013)·Zbl 1429.65213号 ·doi:10.1016/j.apm.2013.10.007
[39] 尤斯特,S.B。;Quintana-Murillo,J.,分数阶扩散方程的非均匀时间步长有限差分法,计算机物理通信,1832594-2600(2012)·Zbl 1268.65120号 ·doi:10.1016/j.cpc.2012.07.011
[40] 王凯。;Wang,H.,分数平流扩散方程的快速特征有限差分方法,《水资源进展》,34,7810-816(2011)·doi:10.1016/j.advwatres.2010.11.003
[41] Miller,K。;Ross,B.,《分数阶Calaulus和分数阶微分方程导论》(1993),美国纽约州纽约市:John Wiley&Sons,美国纽约市·Zbl 0789.26002号
[42] Podluny,I.,《分数微分方程》(1999),美国加州圣地亚哥:学术出版社,美国加州圣迭戈·Zbl 0924.34008号
[43] Tadjeran,C。;Meerschaert,M.M.,二维分数扩散方程的二阶精确数值方法,计算物理杂志,220,2,813-823(2007)·Zbl 1113.65124号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.05.030
[44] 巴利亚努,D。;Bhrawy,A.H。;Taha,T.M.,分数初值问题的两种有效广义拉盖尔谱算法,抽象与应用分析,2013(2013)·Zbl 1291.65240号 ·doi:10.1155/2013/546502
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