两类分数阶微分方程的数值算法

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众所周知,分数阶微分方程的研究遍及物理、生物和工程等众多领域。近年来,人们发现,某些反常扩散现象可以用分数阶微积分来描述,于是衍生出很多分数阶反常扩散方程。与此同时,人们也认识到,由于分数阶导数的存在,很多分数阶微分方程的解析解很难得到。因此,如何求解分数阶微分方程的数值解受到了很多学者的关注。  本文研究了两类分数阶微分方程的数值算法,这两类方程为非线性分数阶Fokker-Planck方程和二维变时间分数阶反常次扩散方程。据我们所知,现有的关于这两类方程的数值算法是有限的。于是,构造行之有效的数值算法来求解这两类方程是值得深入研究的课题。本文的具体研究内容如下:  首先,基于再生核理论,本文给出了非线性分数阶Fokker-Planck方程的一个级数形式的近似解-ε-近似解,并证明了此方程的ε-近似解的存在性,同时,发展了一套框架性方法来得到其ε-近似解。数值结果验证了理论结果的有效性。  其次,与以往工作不同,结合再生核理论和样条思想,本文构造了再生核空间的一组新的基底,进一步的,提出了一个新的数值算法来求解二维变时间分数阶反常次扩散方程。同时,运用配置法的思想,给出了近似解系数的最优求解法。数值算例验证了所构造的新算法的准确性、易操作性,且适合于获得高精度的数值解。
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