求解Volterra积分微分方程的高阶方法

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:shuiwadandan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文讨论带光滑核的第二类Volterra积分微分方程以及奇异摄动Volterra积分微分方程的高阶数值格式。方程中积分项的出现,表明该问题具有记忆性质。如何快速高效地求解这类方程是计算数学领域关心的重要问题之一。近年来,由于意识到谱收敛的优越性,人们逐渐开始用谱方法来求解这类方程。本文采用谱Jacobi-Petrov-Galerkin方法和伪谱Jacobi-Petrov-Galerkin方法求解第二类Volterra积分微分方程。而后者的主要思想是采用离散带权内积近似逼近前者中的带权内积。本文从理论上证明了这些方法在L2ω和L∞意义下具有指数收敛性质。数值结果表明这些方法不仅具有运算速度快的特点,而且的确能达到谱收敛精度。受此启发,本文证明了当核函数和源函数满足一定的条件时,方程的饵满足所谓的M条件。在此基础上,进一步证明了两类重要的谱方法,即谱和伪谱Legendre-Petrov-Galerkin方法以及谱和伪谱Chebyshev-Petrov-Galerkin方法的超几何收敛性。   对于奇异摄动Volterra积分微分方程,本文首先证明了解的正则性。对于这类问题,当小参数ε趋于零时,解在边界层变化非常快。本文通过选取局部加密网格策略和高阶数值格式相结合的方法来求解此类问题。首先,采用间断有限元方法求解,并证明了该方法的稳定性。当核函数正定时,本文进一步证明了在Shishkin网格下DG方法具有一致收敛性质。在边界层区域,DG解在L2意义下具有√e(lnN/N)p阶收敛;节点处DG解的数值通量具有(lnN/N)2p+1阶的超收敛性。数值算例不仅验证了该方法稳定,而且DG解在L2范数下能达到p+1阶最佳收敛;节点处DG解的数值通量具有2p+1阶的超收敛性。随后,本文采用耦合方法求解该方程,即在边界层区域,运用连续有限元求解;在外部区域,运用间断有限元求解。对于正定核情形,本文给出了解的存在唯一性证明。数值算例表明,在Shishkin网格下,该方法不仅稳定,而且解在L2范数下能达到p+1阶最佳收敛性;在节点处的数值解具有2p阶的超收敛性。耦合方法在Shishkin网格下同样具有一致收敛性质。
其他文献
聚类分析是机器学习的经典问题。聚类可以分为无监督聚类和半监督聚类,无监督聚类是通过抽取数据中“潜在”结构,将相似数据组成类或类的层次结构,不需要任何先验和假设。在现有
由于测量仪器的不精确,测量环境的不稳定以及测量人员的记录误差等各方面因素的限制,往往使得兴趣变量的测量值与真实值不一致,即在科学实验、生产或统计调查中都存在测量误差,因
本文主要研究了一类带一般恢复率函数的传染病模型及乙型肝炎的宏观与微观模型。  第二章,建立了一个带一般恢复率函数的传染病模型。通过引入参数б,把经典的SIS模型和SIR模
本文基于高小山等人在2009年提出的微分-差分(DD)特征列方法理论,针对微分-差分系统的一些特性及本文所研究的格方程的微分差分混合算子这一特点,提出改进的微分-差分特征列方
无论是在自然科学研究还是实际应用中,多目标优化问题都是主要的研究课题及问题之一。至今为止,国际上对多个目标进化算法的研究已经进入了兴旺时期,出现了各种新型占优机制
本文主要包括两方面的工作.  1.“热点”猜想.“热点”猜想是由J.Rauch于1974年提出的,其研究区域是欧式空间中的区域.2012年,利用谱提取算法,阮火军在Sierpinski垫片上证明了