Об одном численном алгоритме восстановления порядка дробной производной в обобщенном волновом уравнении
- Авторы: Рязанцев В.А.1
-
Учреждения:
- Пензенский государственный университет
- Выпуск: № 2 (2025)
- Страницы: 92-103
- Раздел: МАТЕМАТИКА
- URL: https://journal-vniispk.ru/2072-3040/article/view/316349
- DOI: https://doi.org/10.21685/2072-3040-2025-2-7
- ID: 316349
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность и цели. Целью работы является разработка численного алгоритма приближенного восстановления порядка производной в одном уравнении в частных производных дробного порядка, известном как обобщенное волновое уравнение. Актуальность работы обусловлена как значительной практической потребностью в совершенствовании математического аппарата решения обратных и некорректных задач, так и возрастающим числом приложений уравнений в частных производных дробного порядка к математическому моделированию в различных областях физики и техники. Материалы и методы. Для решения поставленной задачи применяется подход, основанный на сведении ее к интегральному уравнению, нелинейному относительно искомого параметра, и решению этого уравнения при помощи непрерывного операторного метода решения нелинейных уравнений в банаховых пространствах. Результаты. Применение непрерывного операторного метода позволило построить численный алгоритм восстановления порядка дробной производной в обобщенном волновом уравнении в дополнительном предположении о знании значения решения уравнения в одной произвольной точке. Выводы. Описанный подход является достаточно эффективным при решении обратных задач для уравнений в частных производных дробного порядка. Представляет значительный интерес распространение этого подхода на более широкие классы обратных и некорректных задач для уравнений с дробными производными.
Об авторах
Владимир Андреевич Рязанцев
Пензенский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: ryazantsevv@mail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры высшей и прикладной математики
(Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)Список литературы
- Ашуров Р. Р., Файзиев Ю. Э. Обратная задача по определению порядка дробной производной в волновом уравнении // Математические заметки. 2021. Т. 110, № 6. С. 824‒836. doi: 10.4213/mzm13090
- Ashurov R., Sitnik S. Identification of the order of the fractional derivative for the fractional wave equation // Fractal and fractional. 2023. Vol. 7, № 1. P. 67. doi: 10.3390/fractalfract7010067
- Li Z., Yamamoto M. Inverse problems of determining coefficients of the fractional partial differential equations // Handbook of fractional calculus with applications. 2019. Vol. 2. P. 443‒464. doi: 10.48550/arXiv.1904.05505
- Tatar S., Ulusoy S. A uniqueness result for an inverse problem in a space-time fractional diffusion equation // Electronic Journal of Differential Equations. 2013. Vol. 257. P. 1‒9.
- Cheng J., Nakagawa J., Yamamoto M., Yamazaki T. Uniqueness in an inverse problem for a one-dimensional fractional diffusion equation // Inverse Problems. 2009. Vol. 25, № 11. id. 115002. doi: 10.1088/0266-5611/25/11/115002
- Zheng X., Cheng J., Wang H. Uniqueness of determining the variable fractional order in variable-order time-fractional diffusion equations // Inverse Problems. 2019. Vol. 35, № 12. id. 125002. doi: 10.1088/1361-6420/ab3aa3
- Твердый Д. А., Паровик Р. И. Решение обратной задачи по идентификации порядка дробной производной в математической модели динамики солнечной активности на стадии подъема // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. 2023. Т. 45, № 4. С. 36‒51. doi: 10.26117/2079-6641-2023-45-4-36-51
- Васильев В. И., Кардашевский А. М. Численная идентификация порядка дробной производной по времени модели субдиффузии // Математические заметки СВФУ. 2020. Т. 27, № 4. С. 60‒71. doi: 10.25587/SVFU.2020.98.14.005
- Бойков И. В., Рязанцев В. А. Об одном приближенном методе определения коэффициента теплопроводности // Журнал Средневолжского математического общ ества. 2019. Т. 21, № 2. С. 149‒163. doi: 10.15507/2079-6900.21.201902.149-163
- Бойков И. В., Рязанцев В. А. О численном решении коэффициентной обратной за- дачи для гиперболических уравнений // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2019. № 3. С. 47‒62. doi: 10.21685/2072-3040-2019-3-4
- Бойков И. В., Рязанцев В. А. Об одном приближенном методе решения обратной коэффициентной задачи для уравнения теплопроводности // Сибирский журнал индустриальной математики. 2021. Т. 24, № 2 (86). С. 5‒22. doi: 10.33048/SIBJIM.2021.24.201
- Бойков И. В., Рязанцев В. А. Об одном итерационном методе решения прямых и обратных задач для параболических уравнений // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2023. Т. 23, № 3. С. 286‒310. doi: 10.18500/1816-9791-2023-23-3-286-310
- Бойков И. В., Рязанцев В. А. Численное восстановление начального условия в за- дачах Коши для линейных параболических и гиперболических уравнений // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2020. № 3. С. 68‒84. doi: 10.21685/2072-3040-2020-3-6
- Бойков И. В., Рязанцев В. А. Об одном методе восстановления граничного условия для линейных уравнений параболического типа // Известия высших учебных заве- дений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2020. № 4. С. 42‒56. doi: 10.21685/2072-3040-2020-4-4
- Boykov I. V., Ryazantsev V. A. On the problem of recovering boundary conditions in the third value problem for parabolic equation // University Proceedings. Volga region. Physical and Mathematical Sciences. 2021. № 2 (58). P. 3‒13. doi: 10.21685/2072- 3040-2021-2-1
- Бойков И. В. Об одном непрерывном методе решения нелинейных операторных уравнений // Дифференциальные уравнения. 2012. Т. 48, № 9. С. 1308‒1314.
- Самко С. Г., Килбас А. А., Маричев О. И. Интегралы и производные дробного по- рядка и некоторые их приложения. Минск : Наука и техника, 1987. 688 с.
- Нахушев А. М. Дробное исчисление и его применение. М. : Физматлит, 2003. 272 с.
- Учайкин В. В. Метод дробных производных. Ульяновск : Артишок, 2008. 512 с.
- Крылов В. И., Скобля Н. С. Методы приближенного преобразования Фурье и обращения преобразования Лапласа. М. : Наука, 1974. 224 с.
Дополнительные файлы
