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近几十年来,分数阶微分方程在物理,化学,工程学,金融学,地下水模拟以及其他科学领域有着大量新的应用.这些重要的应用促使我们努力寻求高效,稳定并且易于执行的算法来求解分数阶微分方程.本文用有限差分方法研究了分数阶低扩散方程的数值解.
对于带Neumann边界条件的低扩散方程,我们建立了三种差分格式.首先,结合降阶法和L1离散,构建了box型格式,并通过引入一个新的Sobolev嵌入不等式,分析了差分格式在无穷范数下的稳定性和收敛性,收敛阶为O(r2-α+h2).数值算例验证了理论分析结果.与Langlands-Henry(LH)格式(J. Comput. Phys.205(2005)的数值比较中,我们发现box型格式比LH格式更精确.接着,应用另外两种不同的边界处理方法,建立了两个有效的差分格式,并对差分格式的稳定性和收敛性做了理论分析,同时也用数值算例验证了差分格式的有效性.
对于空间四阶的低扩散方程,利用降阶法建立了一个差分格式,用能量方法证明了差分格式的H2范数意义下的稳定性和收敛性,其收敛阶为O(r2-α+h2).