具有任意次非线性项的Klein-Gordon方程的辛几何算法

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作为中国计算数学的开拓者,冯康院士在1984年第一次提出了具有维持Hamilton系统的辛结构不变性质的算法,即辛几何算法.经过多年发展,到了二十世纪九十年代, Marsden, Bridges, Reich在辛算法的基础上又提出了多辛算法.如今辛几何算法在理论和实践中都取的了进一步发展,并成功地解决了许多实际问题,模拟了各种物理现象.本文讨论了具有任意次非线性项的Klein-Gordon方程的辛算法和多辛算法.对于带有任意次非线性项的Klein-Gordon方程的辛算法,我们根据具有任意次非线性项的Klein-Gordon方程的辛结构,构造了它的辛格式,然后利用数值实验,即将数值解和解析解做比较,证明此格式的稳定性适合长时间计算.对于此方程的多辛算法,先回顾了多辛Hamilton系统所具的多辛守恒律、能量守恒律和动量守恒律,构造了方程的多辛Preissmann格式和多辛Fourier拟谱格式,论证了多辛格式具有离散的多辛守恒律,离散的能量守恒律以及离散的动量守恒律,分析了Preissmann格式的线性部分的稳定性,最后用数值试验将数值解与解析解进行比较,证明了理论分析是正确的.
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