Быстро сходящиеся черновские аппроксимации к решению уравнения теплопроводности с переменным коэффициентом теплопроводности
- Авторы: Веденин А.В.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
- Выпуск: Том 24, № 3 (2022)
- Страницы: 280-288
- Раздел: Математика
- Статья опубликована: 24.08.2022
- URL: https://journal-vniispk.ru/2079-6900/article/view/365952
- DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.24.202203.280-288
- ID: 365952
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. 25/12Список литературы
- 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
- Ruas. V. Numerical methods for partial differential equations: an introduction. Wiley, 2016. 376 p.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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



