变系数空间分数阶扩散方程的数值方法

来源 :厦门大学 厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FX553152445
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
分数阶微分方程近年来得到广泛的关注,其主要原因是分数阶微积分理论自身的迅速发展,以及其在物理学、化学、生物学、环境科学、工程学以及金融学等领域中的广泛应用。分数阶微分方程为描述不同物质的记忆和继承性质提供了强有力的工具。然而,分数阶微分方程的解析解是比较复杂的,多数解析解都包含有级数形式或特殊函数。而且,多数分数阶微分方程的解不能显式地得到。这就促使我们必须考虑有效的数值方法。本文讨论了有界区域上一类变系数分数阶扩散方程的数值方法,提出了两种有限差分法和一种有限体积法。  在第一章中,我们总结了分数阶理论的历史,本论文讨论的问题的背景,以及有关分数阶微分方程的先前工作,并给出了我们的研究成果以及论文的结构。  在第二章中,基于加权移位的Grünwald差分算子,我们修正了几个参数,使算子的适用性推广到更一般的情形,进而提出了逼近α(0<α<1)阶Riemann-Liouville分数阶导数的二阶格式。利用此格式,我们得到了方程的Crank-Nicolson格式,借助于矩阵的相关知识,对格式的稳定性和收敛性进行了分析。最后给出几个数值算例,验证了所提差分法的有效性和广泛适用性。  在第三章中,基于Riemann-Liouville分数阶导数的定义和一般函数的二阶逼近,我们导出了Riemann-Liouville分数阶导数的二阶逼近格式。利用此格式,我们讨论了方程的Crank-Nicolson格式,并改写为矩阵形式进行计算。进一步,我们证明了格式的无条件稳定性和收敛性。最后,也同样地给出几个数值算例,说明了所提方法的有效性和广泛适用性。  在第四章中,基于节点基函数的性质,我们提出了一个新的分数阶有限体积法,并讨论了方程的隐格式。同样地,我们也把格式改成矩阵形式进行求解,讨论了格式的稳定性和收敛性,并用数值算例进行了验证。  在最后一章中,我们给出了一些结论和以后继续研究的方向。
其他文献
随着科技的发展,奇异系统的状态观测器理论和设计在实际工程、科技、经济、生物、网络分析和教育领域中都得到了极大的重视和广泛的应用。随着研究和应用的逐步深入,人们也在
采用路由选择和波长分配(RWA)的WDM光网络被认为是下一代高速广域骨干网的最具竞争力的候选者。RWA是WDM光网络中的一个重要问题,它是指网络中某对节点间有光路建立请求时,如何
从20世纪末以来,在新的科技革命和网络化技术快速发展的带动下,通信网络、系统控制、计算机信息发展迅速、应用广泛,网络控制系统出现水到渠成。网络控制系统兼具网络和控制
微分方程起源于实际问题,诸如气体的动力学、化学、流体力学、经济学研究等等。正是由于对实际问题的研究最终归于对微分方程的研究,因此研究微分方程是正确解决实际问题的关键
  本学位论文致力于研究完全正则半群上的同余及其同余格上的关系.全文共分四章.  第一章介绍了一些基本概念.首先给出必要的记号,术语和一些预备知识.然后介绍了子直积,织
学位
从现代逻辑学的视野来看,逻辑学从古至今经历着从传统逻辑到经典逻辑再到非经典逻辑的发展过程.模糊逻辑与量子逻辑以及它们相应的代数系统是目前非经典逻辑体系中非常活跃
本文在Hassan研究工作的基础上,全面讨论“三进制四点细分算法”的性质。首先给出了算法的几何意义,然后我们用Dyn在1987年发表的四点法中使用的办法,详细讨论了极限曲线C0连续,C
根据《测土配方施肥技术规范》(2011年修订本),在已经基本摸清土壤养分状况的基础上,通过开展田间中微量元素单因素试验,确定土壤中微量元素临界值以及微量元素适宜用量,特在