Approximation of the solution of transport-diffusion equation in Hölder space

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, approximate solutions for the transport-diffusion equation in $\mathbb{R}^d$ and their limit function are considered and it is proved that the limit function belongs to the Hölder space corresponding to the regularity of given functions and satisfies the equation. More precisely, we construct these approximate solutions by using the heat kernel and the translation corresponding to the transport on each step of time discretization. Under the assumption of the boundedness of given functions and their partial derivatives with respect to the space variables up to the $m$-th order ($m > 2$) and of the $\alpha$-Hölder continuity of their $m$-th derivatives ($2/3 < \alpha \leqslant 1$; if $\alpha = 1$, it means the Lipschitz condition), we first establish suitable estimates of the approximate solutions and then, using these estimates, we prove their convergence to a function which satisfies the equation and the $\alpha$-Hölder continuity of the $m$-th derivatives with respect to the space variables of the limit function. Note that these estimates do not depend on the coefficient of diffusion, so they can be used even in the case where the coefficient of diffusion tends to 0.

About the authors

Amina Nemdili

École Normale Supérieure El Katiba Assia Djebar Constantine

Email: nemdili.amina@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-5898-3360
https://www.mathnet.ru/person213536

Assistant; Teacher, Member of Laboratory; Lab. of Applied Mathematics and Didactics

Algeria, 25000, Constantine, Ain El Bey Ali Mendjeli, Ville Universitaire

Farhouh Korichi

École Normale Supérieure de Kouba

Email: korichi_korichi@yahoo.com
ORCID iD: 0009-0006-6442-3506
https://www.mathnet.ru/person213537

Associate Professor; Member of Laboratory; Lab. of Theory of Fixed-Point and Applications

Algeria, 16050, Alger, Vieux Kouba, B.P. 92

Hisao Fujita Yashima

École Normale Supérieure El Katiba Assia Djebar Constantine

Author for correspondence.
Email: hisaofujitayashima@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-9937-8406
https://www.mathnet.ru/person29081

Professor; Member of Laboratory; Lab. of Applied Mathematics and Didactics

Algeria, 25000, Constantine, Ain El Bey Ali Mendjeli, Ville Universitaire

References

  1. Ladyzhenskaya O. A., Solonnikov V. A., Ural’tseva N. N. Linear and Quasi-Linear Equations of Parabolic Type, Translations of Mathematical Monographs, vol. 23. Providence, RI, Amer. Math. Soc., 1968, xi+648 pp.
  2. Krylov N. V. Lectures on Elliptic and Parabolic Equations in Hölder Spaces, Graduate Studies in Mathematics, vol. 12. Providence, RI, Amer. Math. Soc., 1996, xii+164 pp.
  3. Lieberman G. M. Second Order Parabolic Differential Equations. Singapore, World Scientific, 1996, xi+439 pp.
  4. Evans L. C. Partial Differential Equations, Graduate Studies in Mathematics, vol. 19. Providence, RI, Amer. Math. Soc., 2010, xxi+749 pp.
  5. Pazy A. Semigroups of Linear Operators and Applications to Partial Differential Equations, Applied Mathematical Sciences, vol. 44. New York, Springer-Verlag, 1983, viii+279 pp. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-5561-1.
  6. Guikhman I., Skorokhod A. Introduction À La Théorie Des Processus Aléatoires [Introduction to the Theory of Random Processes]. Moscow, Mir, 1980, 557 pp. (In French)
  7. Freidlin M. I., Wentzell A. D. Random Perturbations of Dynamical Systems, Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften, vol. 260. Berlin, Springer, 2012, xxviii+458 pp. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-25847-3.
  8. Taleb L., Selvaduray S., Fujita Yashima H. Approximation par une moyenne locale de la solution de l’équation de transport-diffusion, Afr. Math. Ann., 2020, vol. 8, pp. 71–90 (In French).
  9. Smaali H., Fujita Yashima H. Une généralisation de l’approximation par une moyenne locale de la solution de l’équation de transport-diffusion, Afr. Math. Ann., 2021, vol. 9, pp. 89–108 (In French).
  10. Ait Mahiout L., Fujita Yashima H. Convergence de la solution d’une équation de transportdiffusion vers la solution d’une équation de transport, Afr. Math. Ann., 2023, vol. 10, pp. 105–124 (In French).
  11. Fujita Yashima H., Ait Mahiout L. Convergence of solution of transport-diffusion system to that of transport system, Vestn. Buryat. gos. univ. Mat., inform. [Bull. Buryat State Univ. Math., Inform.], 2023, no. 1, pp. 22–36 (In Russian). EDN: NDMPRK. DOI: https://doi.org/10.18101/2304-5728-2023-1-22-36.
  12. Aouaouda M., Ayadi A., Fujita Yashima H. Convergence of approximate solutions by heat kernel for transport-diffusion equation in a half-plane, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2022, vol. 26, no. 2, pp. 222–258 (In Russian). EDN: JNGCBE. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1881.
  13. Gherdaoui R., Taleb L., Selvaduray S. Convergence of the heat kernel approximated solutions of the transport-diffusion equation in the half-space, J. Math. Anal. Appl., 2023, vol. 527, no. 2, 127507. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2023.127507.
  14. Gherdaoui R., Selvaduray S., Fujita Yashima H. Convergence of approximate solutions for the transport-diffusion equation in the half-space with Neumann condition, Izv. Irkutsk. Gos. Univ. Ser. Mat. [Bull. Irkutsk State Univ. Ser. Math.], 2024, vol. 48, pp. 64–79 (In Russian). EDN: NPBQLS. DOI: https://doi.org/10.26516/1997-7670.2024.48.64.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».