Быстро сходящиеся черновские аппроксимации к решению уравнения теплопроводности с переменным коэффициентом теплопроводности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Настоящая работа посвящена новому методу построения аппроксимаций к решению параболического дифференциального уравнения в частных производных. Рассматривается задача Коши для уравнения теплопроводности на прямой с переменным коэффициентом теплопроводности. Построена последовательность функций, которая сходится к решению этой задачи равномерно по пространственной переменной и локально равномерно по времени. Составляющие последовательность функции явно выражены через начальное условие и коэффициент теплопроводности, т.е. через функции, играющие роль параметров. При построении последовательности используются идеи и методы функционального анализа, а именно, теорема Чернова об аппроксимации операторных полугрупп, в силу чего построенные функции называются черновскими аппроксимациями. В большинстве ранее опубликованных работ норма разности между точным решением и черновской аппроксимацией с номером $n$ не превышает $const/n$. Аппроксимации, построенные в работе, являются быстро сходящимися, т. е. для них ошибка убывает быстрее $const/n$. Это следует из теоремы Галкина-Ремизова. Приведены  ключевые формулы, явный вид построенных аппроксимаций и схемы доказательств. Полученные в настоящей статье результаты указывают путь к построению быстро сходящихся черновских аппроксимаций для более широкого класса уравнений.

Об авторах

Александр Владимирович Веденин

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Автор, ответственный за переписку.
Email: lcsndr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4035-7579

аспирант кафедры фундаментальной математики,

Россия, 603150, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Б. Печерская, д. 25/12

Список литературы

  1. Evans G., Blackledge J., Yardley P. Numerical methods for partial differential equations. London: Springer, 2000. 304 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-0377-6
  2. Ruas. V. Numerical methods for partial differential equations: an introduction. Wiley, 2016. 376 p.
  3. Numerical methods for PDEs: state of the art techniques / ed. by D. A. Di Pietro, A. Ern, L. Formaggia. Cham, Switzerland: Springer, 2018. 330 p.
  4. Engel K.-J., Nagel R. One-parameter semigroups for linear evolution equations. New York: Springer, 2000. 589 p. DOI: https://doi.org/10.1007/b97696
  5. Chernoff P. R. Note on product formulas for operator semigroups // J. Functional Analysis. 1968. Vol. 2, Issue 2. pp. 238–242. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-1236(68)90020-7
  6. Butko Ya. A. The method of Chernoff approximation // Springer Proceedings in Mathematics and Statistics. Cham: Springer, 2020. Vol. 325. pp. 19–46. DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.1905.07309
  7. Remizov I. D. Solution-giving formula to Cauchy problem for multidimensional parabolic equation with variable coefficients // Journal of Mathematical Physics. 2019. Vol. 60, Issue 7. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5038102
  8. Remizov I. D. Quasi-Feynman formulas a method of obtaining the evolution operator for the Schrodinger equation // J. Funct. Anal. 2016. Vol. 270, No. 12. pp. 4540–4557. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfa.2015.11.017
  9. Gomilko A., Kosowicz S., Tomilov Yu. A general approach to approximation theory of operator semigroups // Journal de Math´ematiques Pures et Appliquees. 2019. Vol. 127. pp. 216–267. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpur.2018.08.008
  10. Orlov Yu. N., Sakbaev V. Zh., Smolyanov O. G. Rate of convergence of Feynman approximations of semigroups generated by the oscillator Hamiltonian // Theoretical and Mathematical Physics 2012. Vol. 172. pp.987–1000. DOI: https://doi.org/10.1007/s11232-012-0090-x
  11. Gomilko A., Tomilov Yu. On convergence rates in approximation theory for operator semigroups // Journal of Functional Analysis 2014. Vol. 266, No. 5. pp. 3040-3082. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfa.2013.11.012
  12. Remizov I. D. On estimation of error in approximations provided by Chernoff’s product formula // International Conference ’ShilnikovWorkshop-2018’ dedicated to the memory of outstanding Russian mathematician Leonid Pavlovich Shilnikov (1934–2011), book of abstracts. 2018. pp. 38–41.
  13. Vedenin A. V., Voevodkin V. S., Galkin V. D., Karatetskaya E. Yu., Remizov I. D. Speed of convergence of Chernoff approximations to solutions of evolution equations // Mathematical Notes. 2020. Vol. 108, No. 3. pp. 451–456. DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434620090151
  14. Galkin O. E., Remizov I. D. Rate of convergence of Chernoff approximations to C₀–semigroups of operators // Mathematical Notes. 2022. Vol. 111, No. 2. pp. 305–307. DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434622010345
  15. Galkin O. E., Remizov I. D. Upper and lower estimates for rate of convergence in the Chernoff product formula for semigroups of operators. 2022. 33 p. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2104.01249
  16. Prudnikov P. S. Speed of convergence of Chernoff approximations for two model examples: heat equation and transport equation. 2012. 27 p. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2012.09615

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Веденин А.В., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Мы используем файлы cookies, сервис веб-аналитики Яндекс.Метрика для улучшения работы сайта и удобства его использования. Продолжая пользоваться сайтом, вы подтверждаете, что были об этом проинформированы и согласны с нашими правилами обработки персональных данных.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).