Краевые задачи для уравнения соболевского типа дробного порядка c эффектом памяти

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Изучены краевые задачи для одномерного интегро-дифференциального уравнения соболевского типа с граничными условиями первого и третьего родов с двумя операторами дробного дифференцирования α и β разных порядков. Построены разностные схемы порядка аппроксимации O(h2+τ2) при α=β и O(h2+τ2max{α,β}) при αβ. С помощью метода энергетических неравенств получены априорные оценки в дифференциальной и разностной трактовках, откуда следуют существование, единственность, устойчивость, а также сходимость решения разностной задачи к решению исходной дифференциальной задачи со скоростью, равной порядку аппроксимации разностной схемы. Проведены численные эксперименты, иллюстрирующие полученные в работе результаты.

Об авторах

Мурат Хамидбиевич Бештоков

Институт прикладной математики и автоматизации КБНЦ РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: beshtokov-murat@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2968-9211
SPIN-код: 9301-8847
Scopus Author ID: 57217958139
ResearcherId: L-8961-2017
https://www.mathnet.ru/person52345

кандидат физико-математических наук, доцент; ведущий научный сотрудник; отд. вычислительных методов

Россия, 360000, Нальчик, ул. Шортанова, 89 а

Список литературы

  1. Врагов В. Н. Краевые задачи для неклассических уравнений математической физики. Новосибирск: НГУ, 1983. 84 с.
  2. Ting T. W. Parabolic and pseudo-parabolic partial differential equations // J. Math. Soc. Japan, 1969. vol. 21, no. 3. pp. 440–453. DOI: https://doi.org/10.2969/jmsj/02130440.
  3. Favini A., Yagi A. Degenerate Differential Equations in Banach Spaces. New York: Marcel Dekker, 1999. 336 pp. DOI: https://doi.org/10.1201/9781482276022.
  4. Свешников А. Г., Альшин А. Б., Корпусов М. О., Плетнер Ю. Д. Линейные и нелинейные уравнения соболевского типа. М.: Физматлит, 2007. 736 с.
  5. Demidenko G.V., Uspenskii S.V. Partial Differential Equations and Systems not Solvable with Respect to the Highest-Order Derivative. Boca Raton: CRC Press, 2003. 632 pp. DOI: https://doi.org/10.1201/9780203911433.
  6. Lions J. L. Quelques méthodes de résolution des problèmes aux limites non linéaires [Some Methods for Solving Nonlinear Boundary Value Problems] / Etudes mathematiques. Paris: Gauthier-Villars, 1969. xx+554 pp. (In French)
  7. Петровский И. Г. Лекции по теории обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Москов. унив., 1984. 296 c. EDN: QJLPYJ.
  8. Showalter R. E. The Sobolev equations I // Appl. Anal., 1975. vol. 5, no. 1. pp. 15–22. DOI: https://doi.org/10.1080/00036817508839103.
  9. Showalter R. E. The Sobolev equations II // Appl. Anal., 1975. vol. 5, no. 2. pp. 81–99. DOI: https://doi.org/10.1080/00036817508839111.
  10. Баренблатт Г. И., Желтов Ю. П., Кочина И. Н. Об основных представлениях теории фильтрации в трещиноватых средах // ПММ, 1960. Т. 24, №5. С. 852–864. EDN: OXMSGT.
  11. Hallaire M. Le potentiel efficace de l’eau dans le sol en régime de dessèchement // C. R. Acad. Sci., Paris, 1962. vol. 254. pp. 2047–2049.
  12. Hallaire M. On a theory of moisture-transfer // Inst. Rech. Agronom., 1964. vol. 3. pp. 60–72.
  13. Чудновский А. Ф. Теплофизика почв. М.: Наука, 1976. 353 с. EDN: RHLSCT.
  14. Chen P. J., Gurtin M. E. On a theory of heat conduction involving two temperatures // J. Appl. Math. Phys. (ZAMP), 1968. vol. 19, no. 4. pp. 614–627. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01594969.
  15. Беданокова С. Ю. Уравнение движения почвенной влаги и математическая модель влагосодержания почвенного слоя, основанная на уравнении Аллера // Вестн. Адыгейск. гос. ун-та. Сер. 4. Естеств.-математ. техн. науки, 2007. Т. 4. С. 68–71. EDN: KBXDEN.
  16. Алиханов А. А. Априорные оценки решений краевых задач для уравнений дробного порядка // Диффер. уравн., 2010. Т. 46, №5. С. 658–664. EDN: MSQVJX.
  17. Alikhanov A. A. A new difference scheme for the time fractional diffusion equation // J. Comp. Phys., 2015. vol. 280. pp. 424–438. EDN: UEGJJB. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcp.2014.09.031.
  18. Бештоков М. Х. Устойчивость и сходимость разностных схем, аппроксимирующих краевые задачи для нагруженных дифференциальных уравнений соболевского типа дробного порядка // Диффер. уравн., 2021. Т. 57, №12. С. 1665–1681. EDN: RNNAJS. DOI: https://doi.org/10.31857/S0374064121120098.
  19. Beshtokov M. Kh. The third boundary value problem for loaded differential Sobolev type equation and grid methods of their numerical implementation // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2016. vol. 158, 012019. EDN: YVCYFN. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/158/1/012019.
  20. Бештоков М. Х. Краевые задачи для вырождающихся и невырождающихся уравнений соболевского типа с нелокальным источником в дифференциальной и разностной трактовках // Диффер. уравн., 2018. Т. 54, №2. С. 249–266. EDN: YQYGVT. DOI: https://doi.org/10.1134/S0374064118020115.
  21. Бештоков М. Х., Водахова В. А. Нелокальные краевые задачи для уравнения конвекции-диффузии дробного порядка // Вестн. Удмуртск. ун-та. Матем. Мех. Компьют. науки, 2019. Т. 29, №4. С. 459–482. EDN: DKSEVD. DOI: https://doi.org/10.20537/vm190401.
  22. Бештоков М. Х. Метод Римана для решения нелокальных краевых задач для псевдопараболических уравнений третьего порядка // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2013. №4(33). С. 15–24. EDN: RVARQN. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1238.
  23. Caputo M. Linear models of dissipation whose $Q$ is almost frequency independent—II // Geophys. J. Intern., 1967. vol. 13, no. 5. pp. 529–539. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1967.tb02303.x.
  24. Герасимов А. Н. Обобщение линейных законов деформации и их приложение к задачам внутреннего трения // ПММ, 1948. Т. 12. С. 251–260.
  25. Ладыженская О. А. Краевые задачи математической физики. М.: Наука, 1973. 407 с.
  26. Самарский A. A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1983. 616 с.
  27. Самарский A. A., Гулин A. B. Устойчивость разностных схем. М.: Наука, 1973. 416 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Авторский коллектив; Самарский государственный технический университет (составление, дизайн, макет), 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».