On the method of solving nonlinear Fredholm integral equation of the second kind with piecewise-smooth kernels

Capa
  • Autores: Germider O.V.1, Popov V.N.2
  • Afiliações:
    1. Northern (Arctic) Federal University named after M.V.Lomonosov
    2. Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov
  • Edição: Volume 27, Nº 1 (2025)
  • Páginas: 11-24
  • Seção: Mathematics
  • ##submission.dateSubmitted##: 27.06.2025
  • ##submission.dateAccepted##: 27.06.2025
  • ##submission.datePublished##: 26.02.2025
  • URL: https://journals.rcsi.science/2079-6900/article/view/298070
  • ID: 298070

Citar

Texto integral

Resumo

The work is devoted to the development of iterative methods for solving nonlinear Fredholm integral equations of the second kind with piecewise-smooth kernels. A new approach to constructing their solutions is proposed which combines the method of successive approximations with polynomial interpolations of functions on the segment $[-1,\,1]$. In this case, the original integral equation is reduced to a Volterra-type equation where the unknown function is defined on the segment mentioned. The free term of the equation is chosen as the initial approximation. At each iteration of  successive approximations method, the kernel of the integral equation is represented as a partial sum of a series in Chebyshev polynomials orthogonal on the segment $[-1,\,1]$. The coefficients in this expansion are found using the orthogonality of vectors formed by the values of these polynomials at the zeros of the polynomial whose degree is equal to the number of unknown coefficients. An approximation of the solution is made by interpolation of the obtained values of the solution at the Chebyshev nodes at each iteration. The work also constructs a solution to an integral equation whose free term has a discontinuity point of the first kind. The results of the computational experiments are presented, which demonstrate the effectiveness of the proposed approach.

Sobre autores

Oksana Germider

Northern (Arctic) Federal University named after M.V.Lomonosov

Autor responsável pela correspondência
Email: o.germider@narfu.ru
ORCID ID: 0000-0002-2112-805X

Ph.D. in Phys. and Math., associate Professor of the Department of Engineering Structures, Architecture and Graphics
Rússia, Severnaya Dvina Emb. 17, Arkhangelsk, 163002, Russia

Vasily Popov

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

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

 D.Sc. in Phys. and Math., Professor of the Department of Higher and Applied Mathematics
Rússia, Severnaya Dvina Emb. 17, Arkhangelsk, 163002, Russia

Bibliografia

  1. A. M. Wazwaz, Linear and Nonlinear Integral Equations: Methods and Applications, Springer-Verlag, Beijing, 2011 doi: 10.1007/978-3-642-21449-3, 658 p.
  2. N. Karamollahi, M. Heydari, Gh. B. Loghmani, "Approximate solution of nonlinear Fredholm integral equations of the second kind using a class of Hermite interpolation polynomials", Mathematics and Computers in Simulation, 187 (2021), 414–432. doi: 10.1016/j.matcom.2021.03.015.
  3. S. Amiri, M. Hajipour, D. Baleanu, "On accurate solution of the Fredholm integral equations of the second kind", Applied Numerical Mathematics, 150 (2020), 478–490. doi: 10.1016/j.apnum.2019.10.017.
  4. Y. Ordokhani, M. Razzaghi, "Solution of nonlinear Volterra-Fredholm–Hammerstein integral equations via a collocation method and ationalized Haar functions", Applied Mathematics Letters, 21 (2008), 4–9. doi: 10.1016/j.aml.2007.02.007.
  5. S. Islam, I. Aziz, A. Al-Fhaid, "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, 260 (2014), 449–469.
  6. S. Bazm, A. Hosseini, J.S. Azevedo, F. Pahlevani, "Existence, uniqueness, and numerical approximation of solutions of a nonlinear functional integral equation", Journal of Computational and Applied Mathematics, 439 (2024), 115602. doi: 10.1016/j.cam.2023.115602.
  7. A. N. Tynda 4, D. N. Sidorov 5, Ildar R. Muftahov, "Numerical method for systems of nonlinear Volterra integral equations of the first kind with discontinuous kernels", Zhurnal Srednevolzhskogo Matematicheskogo Obshchestva, 20:1 (2018), 55–63. doi: 10.15507/2079-6900.20.201801.55-63 (In Russ.).
  8. H.T. Davis, Introduction to Nonlinear Differential and Integral Equations, Dover Publications, New York, 1962, 566 p.
  9. N.S. Bakhvalov, N.P. Zhidkov, G.M. Kobel'kov, Chislennyye metody, Laboratoriya znaniy, M., 2020 (In Russ.), 636 p.
  10. O.V. Germider, V.N. Popov, "Estimating the Lebesgue constant for the Chebyshev distribution of nodes", Zhurnal Srednevolzhskogo Matematicheskogo Obshchestva, 25:4 (2023), 242–254. doi: 10.15507/2079-6900.25.202304.242-254 (In Russ.).
  11. R. Bellman, R. Kalaba, Quasilinearization and Nonlinear Boundary Value Problems, Elsevier, New York, 1969, 62 p.
  12. S. Bazm, P. Limaand, S. Nemati, "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, 398 (2021), 113628. doi: 10.1016/j.cam.2021.113628.
  13. J. Mason, D. Handscomb, Chebyshev polynomials, Chapman and Hall/CRC, New York, 2002 doi: 10.1201/9781420036114, 360 p.
  14. S. Liu, G. Trenkler, "Hadamard, Khatri-Rao, Kronecker and other matrix products", International Journal of Information and Systems Sciences, 4:1 (2008), 160–177.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © Germider O.V., Popov V.N., 2025

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

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».