Solution of the initial boundary value problem in symbolic form

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Algorithms for finding a symbolic-numerical solution of the initial- boundary value problem for a continuum transport equation are discussed. Analytical solution of such equations, as a rule, is impossible; therefore, approximate methods of solution that provide the condition of approximation, stability, and convergence are being actively developed. This article proposes a symbolic solution which is more convenient than a numerical one to be used, for example, in the synthesis of control systems. The algorithm is based on the approximation of partial derivatives with respect to one of the variables by a difference relation and the application of the Laplace transform to the resulting system of differential-difference equations. A block diagram of the algorithm is presented. The description of the structure of the software package based on the developed algorithm is carried out. The software package is developed in the Java programming language. To enter the initial data of the initial boundary value problem and output the solution, a web interface is used. The web interface of the software package is based on the Spring framework. An example of solving an initial boundary value problem with initial and boundary conditions using this software package is considered.

The results are of interest to researchers in applied areas related to heat transfer through a network coolant, transportation of viscous liquids through a network hydraulic carrier, and diffusion processes in biophysics. The developed algorithm can be used to solve some problems of automatic control.

About the authors

Vyacheslav V. Provotorov

Voronezh State University

Author for correspondence.
Email: wwprov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8761-7174

Doctor of Physics and Mathematics, Professor of the Partial Differential Equations and Probability Theory Department

Russian Federation, 1 Universitetskaya Sq., Voronezh 394018, Russian Federation

Mikhail A. Rybakov

Derzhavin Tambov State University

Email: mixail08101987@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8152-8357

Senior Lecturer Functional Analysis Department

Russian Federation, 33 Internatsionalnaya St., Tambov 392000, Russian Federation

References

  1. V.G. Zverev, “On a special difference scheme for the solution of boundary value problems of heat and mass transfer”, Comput. Math. Math. Phys., 43:2 (2003), 255–267.
  2. E.P. Sychugova, “Solution of the transport equation by the finite element method on unstructured triangular meshes”, Preprints of the M. V. Keldysh Institute for Problems of Materials Science, 85 (2013) (In Russian), 24 pp.
  3. A.S. Yakimov, An analytical method for solving boundary value problems, 2nd ed., Tomsk University Press, Tomsk, 2011 (In Russian), 199 pp.
  4. Ya.E. Romm, G.A. Dzhanunts, “The varying piecewise interpolation solution of the Cauchy problem for the transport equation with iterative refinement”, Modern High Technologies, 1 (2020), 21–46 (In Russian).
  5. D.B. Zhambalova, S.G. Cherny, “Method of interpolation profile for solving transport equations”, Vestnik NSU. Series: Information Technologies, 10:1 (2012), 33–54 (In Russian).
  6. M.A. Ribakov, “Solving Systems of linear differential equations with constant coefficients by means of Laplace transformation”, Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: estestvennye i tekhnicheskie nauki = Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 14:4 (2009), 791–792 (In Russian).
  7. M.A. Rybakov, “Computation general and particular solutions of the inhomogeneous system of ordinary differential equations with constant coefficients”, Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: estestvennye i tekhnicheskie nauki = Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 17:2 (2012), 552–565 (In Russian).
  8. M.A. Rybakov, “Solving systems of linear differential equations with a piecewise continuous right-hand parts by means transformation Laplace”, Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: estestvennye i tekhnicheskie nauki = Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 15:1 (2010), 339–341 (In Russian).
  9. M.A. Rybakov, “Parallel computation of general solution of the inhomogeneous system of the ordinary differential equations with constant coefficients”, Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: estestvennye i tekhnicheskie nauki = Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 18:4 (2013), 1184–1188 (In Russian).
  10. N.A. Malaschonok, M.A. Rybakov, “Symbolic-numerical solution of systems of linear ordinary differential equations with required accuracy”, Programming and Computer Software, 39:3 (2013), 150–157.
  11. G.I. Malaschonok, M.A. Rybakov, “Solving systems of linear differential equations and calculation of dynamic characteristics of control systems in a web service MathPartner”, Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: estestvennye i tekhnicheskie nauki = Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 19:2 (2014), 517–529 (In Russian).
  12. S.A. Glazkov, M.A. Rybakov, “The symbolic solution of ordinary differential equations in the computer algebra system MathPartner”, Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: estestvennye i tekhnicheskie nauki = Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 22:6 (2017), 1268–1276 (In Russian).
  13. M.A. Rybakov, Software module for symbolic solution of systems of linear differential equations and calculation of dynamic characteristics of automatic control systems: computer program, Certificate of state registration of the computer program No. 2021619679; publ. 06/15/2021, Bull. No. 6, (Ch. 1). 0.5 MB

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».