Разрешимость задачи восстановления коэффициентов в дробно-временном уравнении диффузии с периодическими граничными и переопределенными условиями
- Авторы: Дурдиев Д.К.1,2, Жумаев Ж.Ж.1,2
-
Учреждения:
- Бухарское отделение Института математики Академии наук Республики Узбекистан
- Бухарский государственный университет
- Выпуск: Том 29, № 1 (2025)
- Страницы: 21-36
- Раздел: Дифференциальные уравнения и математическая физика
- URL: https://journal-vniispk.ru/1991-8615/article/view/311027
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2083
- EDN: https://elibrary.ru/YZQBWZ
- ID: 311027
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследуется обратная задача для уравнений дробно-временной диффузии с периодическими граничными условиями и интегральными условиями переопределения на прямоугольной области. Сначала вводится определение классического решения задачи. Затем с использованием метода Фурье прямая задача сводится к эквивалентному интегральному уравнению. Существование и единственность решения прямой задачи устанавливаются с помощью оценок для функции Миттаг–Леффлера и обобщенных сингулярных неравенств Гронвалля.
Во второй части работы рассматривается обратная задача, которая переформулируется в виде эквивалентного интегрального уравнения, а затем решается с использованием принципа сжимающих отображений. Строго доказываются локальное существование и глобальная единственность решения. Кроме того, получена оценка устойчивости решения.
Данное исследование вносит вклад в теорию обратных задач для дробных дифференциальных уравнений, предоставляя основу для анализа задач с периодическими граничными условиями и интегральными условиями переопределения. Разработанные методы могут быть применены к широкому кругу задач в математической физике и инженерии, где дробно-временные модели диффузии все чаще используются для описания сложных явлений.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Дурдимурод Каландарович Дурдиев
Бухарское отделение Института математики Академии наук Республики Узбекистан; Бухарский государственный университет
Email: d.durdiev@mathinst.uz
ORCID iD: 0000-0002-6054-2827
https://www.mathnet.ru/person29112
доктор физико-математических наук, профессор; заведующий отделением1; профессор, каф. дифференциальных уравнений2
Узбекистан, 705018, Бухара, ул. М. Икбол, 11; 705018, Бухара, ул. М. Икбол, 11Жонибек Жамолович Жумаев
Бухарское отделение Института математики Академии наук Республики Узбекистан; Бухарский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: jonibekjj@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8496-1092
https://www.mathnet.ru/person159031
кандидат физико-математических наук, доцент; старший научный сотрудник1; доцент, каф. дифференциальных уравнений2
Узбекистан, 705018, Бухара, ул. М. Икбол, 11; 705018, Бухара, ул. М. Икбол, 11Список литературы
- Agarwal R., Sharma U. P., Agarwal R. P. Bicomplex Mittag–Leffler function and associated properties, J. Nonlinear Sci. Appl., 2022, vol. 15, no. 1, pp. 48–60, arXiv: 2103.10324 [math.CV]. DOI: https://doi.org/10.22436/jnsa.015.01.04.
- Haddouchi F., Guendouz C., Benaicha S. Existence and multiplicity of positive solutions to a fourth-order multi-point boundary value problem, Matemat. Vesn., 2021, vol. 73, no. 1, pp. 25–36, arXiv: 1908.08598 [math.CA].
- Sharma S. Molecular Dynamics Simulation of Nanocomposites Using BIOVIA Materials Studio, Lammps and Gromacs. Amsterdam, Netherlands, Elsevier, 2019, xvi+349 pp. DOI: https://doi.org/10.1016/C2017-0-04396-3.
- Baglan I. Determination of a coefficient in a quasilinear parabolic equation with periodic boundary condition, Inverse Probl. Sci. Eng., 2015, vol. 23, no. 5, pp. 884-900. DOI: https://doi.org/10.1080/17415977.2014.947479.
- Kanca F. Inverse coefficient problem of the parabolic equation with periodic boundary and integral overdetermination conditions, Abstr. Appl. Anal., 2013, no. 5, 659804. DOI: https://doi.org/10.1155/2013/659804.
- Kanca F., Baglan I. An inverse coefficient problem for a quasilinear parabolic equation with nonlocal boundary conditions., Bound. Value Probl., 2013, vol. 2013, 213. DOI: https://doi.org/10.1186/1687-2770-2013-213.
- Kanca F. The inverse problem of the heat equation with periodic boundary and integral overdetermination conditions, J. Inequal. Appl., 2013, vol. 2013, 108. DOI: https://doi.org/10.1186/1029-242X-2013-108.
- Ivanchov N. I. Inverse problems for the heat-conduction equation with nonlocal boundary condition, Ukr. Math. J., 1993, vol. 45, no. 8, pp. 1186–1192. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01070965.
- Ivanchov M. I., Pabyrivska N. Simultaneous determination of two coefficients of a parabolic equation in the case of nonlocal and integral conditions, Ukr. Math. J., 2001, vol. 53, no. 5, pp. 674–684. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1012570031242.
- Liao W., Dehghan M., Mohebbi A. Direct numerical method for an inverse problem of a parabolic partial differential equation, J. Comput. Appl. Math., 2009, vol. 232, no. 2, pp. 351–360. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cam.2009.06.017.
- Oussaeif T. E., Abdelfatah B. An inverse coefficient problem for a parabolic equation under nonlocal boundary and integral overdetermination conditions, Int. J. Part. Dif. Equ. Appl., 2014, vol. 2, no. 3, pp. 38–43. DOI: https://doi.org/10.12691/ijpdea-2-3-1.
- Cannon J. R., Lin Y., Wang S. Determination of a control parameter in a parabolic partial differential equation, J. Aust. Math. Soc., Ser. B, 1991, vol. 33, no. 2, pp. 149–163. DOI: https://doi.org/10.1017/S0334270000006962.
- Hazanee A., Lesnic D., Ismailov M. I., Kerimov N. B. Inverse time-dependent source problems for the heat equation with nonlocal boundary conditions, Appl. Math. Comput., 2019, vol. 346, pp. 800–815. DOI: https://doi.org/10.1016/j.amc.2018.10.059.
- Huzyk N. Nonlocal inverse problem for a parabolic equation with degeneration, Ukr. Math. J., 2013, vol. 65, no. 6, pp. 847–863. DOI: https://doi.org/10.1007/s11253-013-0822-6.
- Durdiev D. K., Jumaev J. J. Inverse coefficient problem for a time-fractional diffusion equation in the bounded domain, Lobachevskii J. Math., 2023, vol. 44, no. 2, pp. 548–557. DOI: https://doi.org/10.1134/S1995080223020130.
- Durdiev D. K., Rahmonov A. A., Bozorov Z. R. A two-dimensional diffusion coefficient determination problem for the time-fractional equation, Math. Methods Appl. Sci., 2021, vol. 44, no. 13, pp. 10753–10761. DOI: https://doi.org/10.1002/mma.7442.
- Ionkin N. I. Solution of a boundary-value problem in heat conduction with a nonclassical boundary condition, Differ. Equ., 1977, vol. 13, no. 2, pp. 204–211.
- Subhonova Z. A., Rahmonov A. A. Problem of determining the time dependent coefficient in the fractional diffusion-wave equation, Lobachevskii J. Math., 2021, vol. 42, no. 15, pp. 3747–3760. DOI: https://doi.org/10.1134/S1995080222030209.
- Sultanov M. A., Durdiev D. K., Rahmonov A. A. Construction of an explicit solution of a time-fractional multidimensional differential equation, Mathematics, 2021, vol. 9, no. 17, 2052. DOI: https://doi.org/10.3390/math9172052.
- Colombo F. An inverse problem for a parabolic integrodifferential model in the theory of combustion, Phys. D, 2007, vol. 236, no. 2, pp. 81–89. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physd.2007.07.012.
- Durdiev D. K., Nuriddinov J. Z. Determination of a multidimensional kernel in some parabolic integro-differential equation, J. Sib. Fed. Univ., Math. Phys., 2021, vol. 14, no. 1, pp. 117–127. EDN: RMPPXU. DOI: https://doi.org/10.17516/1997-1397-2021-14-1-117-127.
- Durdiev D. K., Zhumaev Zh. Zh. Memory kernel reconstruction problems in the integrodifferential equation of rigid heat conductor, Math. Methods Appl. Sci., 2022, vol. 45, no. 14, pp. 8374–8388. DOI: https://doi.org/10.1002/mma.7133.
- Durdiev D. K., Zhumaev Zh. Zh. One-dimensional inverse problems of finding the kernel of the integro-differential heat equation in a bounded domain, Ukr. Math. J., 2022, vol. 73, no. 11, pp. 1723–1740. DOI: https://doi.org/10.1007/s11253-022-02026-0.
- Durdiev D. K., Zhumaev Zh. Zh. Problem of determining a multidimensional thermal memory in a heat conductivity equation, Methods Funct. Anal. Topol., 2019, vol. 25, no. 3, pp. 219–226.
- Durdiev D. K., Zhumaev Zh. Zh. Problem of determining the thermal memory of a conducting medium, Differ. Equ., 2020, vol. 56, no. 6, pp. 785–796. DOI: https://doi.org/10.1134/S0012266120060117.
- Dyatlov G. V. Determination for the memory kernel from boundary measurements on a finite time interval, J. Inverse Ill-Posed Probl., 2003, vol. 11, no. 1, pp. 59–66. DOI: https://doi. org/10.1515/156939403322004937.
- Janno J., Wolfersdorf L. Inverse problems for identification of memory kernels in heat flow, Ill-Posed Probl., 1996, vol. 4, no. 1, pp. 39–66. DOI: https://doi.org/10.1515/jiip.1996.4.1.39.
- Lorenzi A., Paparoni E. Direct and inverse problems in the theory of materials with memory, Rend. Semin. Mat. Univ. Padova, 1992, vol. 87, pp. 105–138.
- Kilbas A. A., Srivastava H. M., Trujillo J. J. Theory and Applications of Fractional Differential Equations, North-Holland Mathematics Studies, vol. 204. Amsterdam, Elsevier, 2006, xx+523 pp. DOI: https://doi.org/10.1016/s0304-0208(06)x8001-5.
- Kang B., Koo N. A note on generalized singular Gronwall inequalities, J. Chungcheong Math. Soc., 2018, vol. 31, no. 1, pp. 161–167. DOI: https://doi.org/10.14403/jcms.2018.31.1.161.
- Lakshmikantham V., Leela S., Vasundhara Devi J. Theory of Fractional Dynamic Systems. Cambridge, Cambridge Scientific Publ., 2009, vi+170 pp.
- Budak B. M., Samarskii A. A., Tikhonov A. N. Sbornik zadach po matematicheskoi fizike [A collection of Problems on Mathematical Physics]. Moscow, Nauka, 1979, 685 pp. (In Russian)
- Kolmogorov A. N., Fomin S. V. Elementy teorii funktsii i funktsional’nogo analiza [Elements of Function Theory and Functional Analysis]. Moscow, Nauka, 1972, 496 pp. (In Russian)
Дополнительные файлы
