On an ill-posed boundary value problem for a metaharmonic equation in a circular cylinder

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, we consider a mixed problem for a metaharmonic equation in a domain in a circular cylinder. The cylindrical area is bounded on one side by an arbitrary surface on which the Cauchy conditions are set, i. e. the function and its normal derivative are set. The other border of the cylindrical area is free. On the lateral surface of the cylindrical domain, homogeneous boundary conditions of the first kind are given. The problem is illposed and its approximate solution, stable to errors in the Cauchy data, is constructed using regularization methods. The problem is reduced to a first kind Fredholm integral equation. Based on the solution of the integral equation obtained in the form of a Fourier series by the eigenfunctions of the first boundary value problem for the Laplace equation in a circle, an explicit representation of the exact solution of the problem is constructed. A stable solution of the integral equation is obtained by the method of Tikhonov regularization. The extremal of the Tikhonov functional is considered as an approximate solution. Based on this solution, an approximate solution of the problem as a whole is constructed. A theorem on convergence of the approximate solution of the problem to the exact one as the error in the Cauchy data tends to zero and the regularization parameter is matched with the error in the data, is given. The results can be used for mathematical processing of thermal imaging data in early diagnostics in medicine.

About the authors

Evgeniy B. Laneev

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: elaneev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4255-9393

Doctor of Physics and Mathematics, Professor of S.M. Nikol’skii Mathematical Institute

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklay St., Moscow 117198, Russian Federation

Viktor A. Anisimov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: dm.yurievich@mail.ru

Master’s Degree

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklay St., Moscow 117198, Russian Federation

Polina A. Lesik

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: polinalesik@yandex.ru

Post-Graduate Student

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklay St., Moscow 117198, Russian Federation

Viktoriya I. Remezova

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: remezova.98@mail.ru

Student

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklay St., Moscow 117198, Russian Federation

Andrey A. Romanov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: an1romanov@gmail.com

Post-Graduate Student

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklay St., Moscow 117198, Russian Federation

Anna G. Khegai

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: annhegay98@gmail.com

Master’s Degree

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklay St., Moscow 117198, Russian Federation

References

  1. G.R. Ivanitskii, “Thermovision in medicine”, Herald of the Russian Academy of Sciences, 76:1 (2006), 48-58 (In Russian).
  2. J.P. Agnelli, A.A. Barrea, C.V. Turner, “Tumor location and parameter estimation by Thermography”, Mathematical and Computer Modelling, 53:7-8 (2011), 1527-1534.
  3. E.B. Laneev, B. Vasudevan, “On a stable solution of a mixed problem for the Laplace equation”, PFUR Reports. Series: Applied mathematics and computer science, 1999, №1, 128-133 (In Russian).
  4. E.B. Laneev, “Construction of a Carleman Function Based on the Tikhonov Regularization Method in an Ill-Posed Problem for the Laplace Equation”, Differential Equations, 54:4 (2018), 476-485.
  5. E.B. Laneev, D.Yu. Bykov, A.V. Zubarenko, O.N. Kulikova, D.A. Morozova, E.V. Shunin, “On an ill-posed boundary value problem for the Laplace equation in a circular cylinder”, Russian Universities Reports. Mathematics, 26:133 (2021), 35-43 (In Russian).
  6. A.N. Tikhonov, V.Ya. Arsenin, Methods for Solving Ill-posed Problems, Nauka Publ., Moscow, 1979 (In Russian).
  7. A.N. Tikhonov, V.B. Glasko, O.K. Litvinenko, V.R. Melikhov, “On the continuation of the potential towards the perturbing masses based on the regularization method”, Izv. AN SSSR. Fizika Zemli, 1968, №1, 30-48 (In Russian).
  8. E.B. Laneev, M.N. Muratov, “An inverse problem to a boundary value problem for the Laplace equation with a condition of the third kind on an inexactly specied boundary”, PFUR Reports. Series: Mathematics, 10:1 (2003), 100-110 (In Russian).

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».