Construction of solutions to a degenerate reaction-diffusion system with a general nonlinearity in the cases of cylindrical and spherical symmetry

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We consider a reaction-diffusion system with a general nonlinearity with cylindrical or spherical symmetry. For this system, we find a solution of the diffusion-wave type propagating over a zero background with a finite velocity. The solution is constructed as a Taylor series with recurrent coefficients whose convergence is proved by the majorant method and the Cauchy-Kovalevskaya theorem. The research is supplemented by numerical calculations based on the expansion in radial basis functions. This paper continues a series of our publications devoted to the study of wave-type solutions in the class of analytical functions.

About the authors

A. L. Kazakov

Институт динамики систем и теории управления им. В. М. Матросова Сибирского отделения РАН Сибирского отделения РАН

Author for correspondence.
Email: kazakov@icc.ru
Russian Federation, Иркутск

P. A. Kuznetsov

Институт динамики систем и теории управления им. В. М. Матросова Сибирского отделения РАН Сибирского отделения РАН

Email: kuznetsov@icc.ru
Russian Federation, Иркутск

L. F. Spevak

Институт машиноведения Уральского отделения РАН

Email: lfs@imach.uran.ru
Russian Federation, Екатеринбург

References

  1. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М.: Физматлит, 1966.
  2. Казаков А. Л. О точных решениях краевой задачи о движении тепловой волны для уравнения нелинейной теплопроводности// Сиб. электрон. мат. изв. — 2019. — 16. — С. 1057-1068.
  3. Казаков А. Л., Кузнецов П. А. Об аналитических решениях одной специальной краевой задачи для нелинейного уравнения теплопроводности в полярных координатах// Сиб. ж. индустр. мат. — 2018. — 21, № 2(74). — С. 56-65.
  4. Казаков А. Л., Кузнецов П. А., Спевак Л. Ф. Построение решений краевой задачи с вырождением для нелинейной параболической системы// Сиб. ж. индустр. мат. — 2021. — 24, № 4. — С. 1-13.
  5. Казаков А. Л., Спевак Л. Ф. Точные и приближенные решения вырождающейся системы реакция- диффузия// Прикл. мех. техн. физ. — 2021. — 62, № 4. — С. 169-180.
  6. Самарский А. А., Галактионов В. А., Курдюмов С. П., Михайлов А. П. Режимы с обострением в задачах для квазилинейных параболических уравнений. — М.: Наука, 1987.
  7. Сидоров А. Ф. Избранные труды: Математика. Механика. — М.: Физматлит, 2001.
  8. Cherniha R., Davydovych V. Nonlinear reaction-diffusion systems with a non-constant diffusivity: Conditional symmetries in no-go case// Appl. Math. Comput. — 2015. — 268. — P. 23-34.
  9. Colombo E. H., Anteneodo C. Nonlinear population dynamics in a bounded habitat// J. Theor. Biology. — 2018. — 446. — P. 11-18.
  10. Ding J. Blow-up problem of quasilinear weakly coupled reaction-diffusion systems with Neumann boundary conditions// J. Math. Anal. Appl. — 2021. — 502. — P. 125283.
  11. Filimonov M. Yu. Representation of solutions of boundary-value problems for nonlinear evolution equations by special series with recurrently caculated coefficients// J. Phys. Conf. Ser. — 2019.
  12. Filimonov M. Yu., Korzunin L. G., Sidorov A. F. Approximate methods for solving nonlinear initial boundary-value problems based on special construction of series// Russ. J. Numer. Anal. Math. Model. — 1993. — 8, № 2. — P. 101-125.
  13. Fotache A. R., Muratori M. Smoothing effects for the filtration equation with different powers// J. Differ. Equations. — 2017. — 263. — P. 3291-3326.
  14. Gambino G., Lombardo M. C., Sammartino M., Sciacca V. Turing pattern formation in the Brusselator system with nonlinear diffusion// Phys. Rev. E. — 2013. — 88. — 042925.
  15. Kazakov A. L., Kuznetsov P. A. Analytical diffusion wave-type solutions to a nonlinear parabolic system with cylindrical and spherical symmetry// Изв. Иркут. гос. ун-та. Сер. Мат. — 2021. — 37. — С. 31-46.
  16. Kazakov A. L., Kuznetsov P. A., Lempert A. A. Analytical solutions to the singular problem for a system of nonlinear parabolic equations of the reaction-diffusion type// Symmetry. — 2020. — 12, № 6. — 999.
  17. Kazakov A. L., Kuznetsov P. A., Spevak L. F. Analytical and numerical construction of heat wave type solutions to the nonlinear heat equation with a source// J. Math. Sci. — 2019. — 239, № 2. — P. 111-122.
  18. Kazakov A. L., Spevak L. F. An analytical and numerical study of a nonlinear parabolic equation with degeneration for the cases of circular and spherical symmetry// Appl. Math. Model. — 2016. — 40, № 2. — P. 1333-1343.
  19. Kumar N., Horsthemke W. Turing bifurcation in a reaction-diffusion system with density-dependent dispersal// Phys. A. — 2010. — 389. — P. 1812-1818.
  20. Murray J. Mathematical Biology: I. An Introduction. — New York: Springer, 2002.
  21. Stepanova I. V. Group analysis of variable coefficients heat and mass transfer equations with power nonlinearity of thermal diffusivity// Appl. Math. Comput. — 2019. — 343. — P. 57-66.
  22. Vazquez J. L. The Porous Medium Equation: Mathematical Theory. — Oxford: Clarendon Press, 2007.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Казаков А.L., Кузнецов П.A., Спевак Л.F.

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».