非正则哈密尔顿系统与高振荡延迟微分方程的稳定高效算法研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leon7352
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
非正则哈密尔顿系统广泛应用于物理力学诸多领域,譬如等离子体中的导心系统就是一个典型的例子.对于这类系统,传统意义上的标准辛算法不再适用.以往的处理方法有两种:一种是针对系统的非标准辛结构,采用生成函数法构造K-辛格式,另一种是先把系统正则化,再采用标准辛算法进行模拟.这两种方法有一个共同的缺陷就是当系统非线性程度高的情况下,实现起来极其困难,也非常耗时.因此,为非正则哈密尔顿系统构造稳定高效的算法是一个非常有意义也很有难度的课题.  高振荡系统常具有多尺度特性,其振荡来源于问题本身或外加源项(高振荡力).具有外加源项的高振荡问题在电子工程领域极为常见.对于这类问题进行数值积分非常耗时因为传统的算法通常需要取步长小于外力的周期.因此长期以来,对高振荡问题的高效算法构造一直是个富于挑战性的难题.  本文就是要研究上述两类系统的算法构造问题.  首先,对于非正则哈密尔顿系统,我们明确给出了可以构造显式分裂K辛方法的三种情形,并分别对相应的三个问题进行了数值模拟.数值结果表明:与应用到正则化系统的同阶辛方法相比,直接应用于非正则系统的对称或非对称分裂K辛方法更有优势,尤其表现在计算效率方面.类似地,我们将对称Runge-Kutta方法和辛Runge-Kutta方法直接应用到非正则的导心系统,它们比应用于相应正则化系统的中点格式更快,而在长期保持数值精度和近似能量方面比高阶非对称非辛Runge-Kutta方法有压倒性优势.  其次,对一类快周期力作用下的常数延迟微分方程,我们提出了一种非均匀多尺度计算方法,并且证明了所构造的频闪观测平均算法的误差估计为O(H2+1/Ω2),另外计算复杂度以H-1(步长的倒数)的规模增长,且与力的频率Ω无关.数值试验验证了这些理论结果。  最后,我们分析了在外加周期力作用下的一类时间延迟动力系统的振荡性质.通过数值试验,我们发现对于某些特定的延迟值,外加一个非常小的力就可能使解从一个小振幅阻尼运动变成大振幅的持续振荡运动,从而产生共振现象,这是一种新的共振现象且与Bogdanov-Takens分歧的出现非常相关.因此我们把它称作Bogdanov-Takens共振.
其他文献
车辆路径问题(VehicleRoutingProblem,简称VRP)是物流学中的一个重要研究领域,也是运筹学领域最近十年研究最活跃、发展最迅速的主题之一,于1959年由Dantzig和Ramser首次提出,一
岩体的稳定性计算是随着工程技术的不断发展而产生的,是矢量分析在地质工程的具体应用,它的实现可以帮助工程技术人员快速准确的找出硐室的相关信息,为科学决策提供了保障。
本论文研究了几类具有一定的生物背景或实际意义的泛函微分方程的周期解存在性及其稳定性,并得到了一系列新的结果。 本论文的结构如下:第一章,应用由Gains和Mawhin提出的延
学位
本文对多目标规划问题中函数的凸性和对偶问题进行了讨论。第一章介绍了我研究的思路和对这方面工作的一些看法。在第二章中,我给出了多目标规划问题有效解和弱有效解的定义,并
对角占优矩阵是一类有着广泛应用背景的特殊矩阵,它在数学、物理和工程技术等实际问题中出现的常微分方程、偏微分方程和大型线性系统的算法研究中有着十分重要的作用.尤其是
所谓函数的唯一性理论主要是探讨在什么情况下只存在一个函数满足给定的条件.近几十年来,它倍受关注,已成为国际上较为活跃的研究课题.而且,随着研究的不断深入和发展,它被赋予了
代数K-理论与代数数论有着密切的联系。假设F是一个数域,O〈,F〉是F的整数环。对于Tame核K〈,2〉O〈,F〉的结构的研究是热门的前沿课题之一,许多数学家对此进行了大量的研究。
本文研究了一个倒向随机微分方程的理论问题和一个数理金融中的实践问题。 在对一般鞅驱动的倒向随机微分方程的研究中,通过对驱动鞅过程和σ-代数流进行停时化处理,改善了
在经典小波分析的基础上,本文提出了n维广义拟实数进制小波分析的理论框架,增加了构造小波的自由度。同时给出了正交和双正交情形下的相关定理,证明了在此理论框架下,广义的Malla