热方程中的源项识别问题及数值解法

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Neumann边界条件下的抛物型方程的初边值问题是偏微分方程研究领域中一类经典的问题.正问题是根据己知源项和初边值来求区域温度场的问题,反之,如果源项的某些信息不足或很难直接测得,但它可以通过一些附加信息间接求得,这就构成了源项识别反问题.这是一类典型的不适定问题,需要引入正则化方法,   在某附加信息下所描述的源项识别问题,即利用附加信息来反演三种不同类型的源项F(x,t),它同时依赖空间变量x和时间变量t,若源项知,本文讨论的是利用终端时刻数据反演)的反问题,在这里采用基本解方法解决了线性源项的求解;若这里均未知,本文讨论的则是利用终端数据和边界数据同时反演点源s的位置和强度.若其中是由某特征函数系所确定的已知函数,本文讨论的也是利用终端数据反演的问题,   文章首先针对三种类型的热源项证明了源项反演的唯一性.因为源项识别问题本质上可以归结为第一类算子方程的求解,故利用Tikhonov正则化方法来求解之.根据算子方程的不适定性,本文利用模型函数的方法来确定后验的正则化参数α,这是近年来发展起来的近似求解正则化参数的新方法在热传导反问题中的应用.另外模型函数方法避免了对源项分布的先验的光滑性要求,从而使得考虑的问题具有更为明确的应用背景.为了检验提出反演方案的数值效果,最后给出了相关的数值例子,数值结果验证了该正则化方法的有效性.
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