О методе решения нелинейного интегрального уравнения Фредгольма второго рода с кусочно-гладкими ядрами

Обложка
  • Авторы: Гермидер О.В.1, Попов В.Н.1
  • Учреждения:
    1. ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова»
  • Выпуск: Том 27, № 1 (2025)
  • Страницы: 11-24
  • Раздел: Математика
  • Статья получена: 27.06.2025
  • Статья одобрена: 27.06.2025
  • Статья опубликована: 26.02.2025
  • URL: https://journals.rcsi.science/2079-6900/article/view/298070
  • ID: 298070

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представленная работа посвящена развитию итерационных методов решения нелинейных интегральных уравнений Фредгольма второго рода с кусочно-гладкими ядрами. Предложен новый подход к построению их решений, основанный на использовании  метода последовательных приближений и полиномиальной интерполяции функций на отрезке $[-1,\,1]$. При этом исходное интегральное уравнение сведено к уравнению типа Вольтерра, в котором неизвестная функция подлежит определению на отрезке $[-1,\,1]$. В качестве начального приближения принимается свободный член рассматриваемого уравнения. На каждой итерации метода последовательных приближений осуществлено представление ядра интегрального уравнения в виде частичной суммы ряда по ортогональным на отрезке $[-1,\,1]$ многочленам Чебышева. Коэффициенты в записанном разложении найдены с использованием ортогональности системы векторов, образованных значениями этих многочленов в нулях многочлена со степенью, равной числу неизвестных коэффициентов. Путем интерполяции по полученным значениям функции решения в узлах Чебышева на каждой итерации произведено приближение искомого решения. В работе также выполнено построение решения интегрального уравнения, свободный член которого имеет точку разрыва первого рода. Представлены результаты проведенных вычислительных экспериментов, которые демонстрируют эффективность предложенного подхода.

Об авторах

Оксана Владимировна Гермидер

ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: o.germider@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2112-805X

к.ф.-м.н., доцент кафедры инженерных конструкций, архитектуры и графики
Россия, 163002, Россия, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17

Василий Николаевич Попов

ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова»

Email: v.popov@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0803-4419

д.ф.-м.н, профессор, профессор кафедры высшей и прикладной математики
Россия, 163002, Россия, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17

Список литературы

  1. Wazwaz A. M. Linear and Nonlinear Integral Equations: Methods and Applications. Beijing. Springer-Verlag. 2011. 658 p. doi: 10.1007/978-3-642-21449-3
  2. Karamollahi N., Heydari M., Loghmani Gh. B. Approximate solution of nonlinear Fredholm integral equations of the second kind using a class of Hermite interpolation polynomials // Mathematics and Computers in Simulation. 2021. Vol. 187. pp. 414–432. doi: 10.1016/j.matcom.2021.03.015
  3. Amiri S., Hajipour M., Baleanu D. On accurate solution of the Fredholm integral equations of the second kind // Applied Numerical Mathematics. 2020. Vol. 150. pp. 478–490. doi: 10.1016/j.apnum.2019.10.017
  4. Ordokhani Y., Razzaghi M. Solution of nonlinear Volterra-Fredholm–Hammerstein integral equations via a collocation method and rationalized Haar functions // Applied Mathematics Letters. 2008. Vol. 21, Issue 1. pp. 4–9. doi: 10.1016/j.aml.2007.02.007
  5. Islam S., Aziz I., Al-Fhaid A. An improved method based on Haar wavelets for numerical solution of nonlinear integral and integro-differential equations of first and higher orders // Journal of Computational and Applied Mathematics. 2014. Vol. 260. pp. 449–469. doi: 10.1016/j.cam.2013.10.024
  6. Bazm S., Hosseini A., Azevedo J. S., Pahlevani F. Existence, uniqueness, and numerical approximation of solutions of a nonlinear functional integral equation // Journal of Computational and Applied Mathematics. 2024. Vol. 439. Article number: 115602. doi: 10.1016/j.cam.2023.115602
  7. Тында А. Н., Сидоров Д. Н., Муфтахов И. Р. Численный метод решения систем нелинейных интегральных уравнений Вольтерра I рода с разрывными ядрами // Журнал Средневолжского математического общества. 2018. Т. 20, №. 1, С. 55–63. doi: 10.15507/2079-6900.20.201801.55-63
  8. Davis H. T. Introduction to Nonlinear Differential and Integral Equations. New York: Dover Publications, 1962. 566 p.
  9. Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. 9-е изд. М.: Лаборатория знаний, 2020. 636 c.
  10. Гермидер О. В., Попов В. Н. Оценка константы Лебега для Чебышевского распределения узлов // Журнал Средневолжского математического общества, 2023. Т. 25, №. 4. С. 242–254. DOI: 2079-6900.25.202304.242-254
  11. Bellman R., Kalaba R. Quasilinearization and Nonlinear Boundary Value Problems. New York: Elsevier, 1965. 62 p.
  12. Bazm S., Limaand P., Nemati S. Analysis of the Euler and trapezoidal discretization methods for the numerical solution of nonlinear functional Volterra integral equations of Urysohn type // Journal of Computational and Applied Mathematics. 2021. Vol. 398. Article number: 113628. doi: 10.1016/j.cam.2021.113628
  13. Mason J., Handscomb D. Chebyshev polynomials. New York: Chapman and Hall/CRC, 2002. 360 p. doi: 10.1201/9781420036114
  14. Liu S., Trenkler G. Hadamard, Khatri-Rao, Kronecker and other matrix products // International Journal of Information and Systems Sciences. 2008. Vol. 4, Issue 1. pp. 160–177.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Гермидер О.В., Попов В.Н., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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».