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.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах