分数阶多孔介质时空扩散模型的解研究

正1引言分数阶微积分在半个多世纪以来,作为一种具有表达遗传记忆功能[1]的数学工具对生物、物理、经济等学科的研究产生了强大的推动作用,其应用已逐步渗透到科学研究及社会生活的多个方面.分数阶对流-扩散方程及分数阶扩散-波方程[2-6]的研究也取得了很大的进展,Roop等利用变分迭代法求解了分形介质运移的分数阶对流-扩散方程[7],     

解空间Riesz分数阶扩散方程的一种数值方法

1 引言分数阶微分方程与整数阶(传统)微分方程一样古老[3],它是方程中含有非整数阶导数,在描述各种各样物质的记忆和遗传性质时[4],分数阶导数起着重要的作用．近年来, 分数阶微分方程已广泛应用到众多领域[3],空间分数阶偏微分方程常用于反常扩散模型 [2]．近年来众多学者纷纷研究分数阶微分方程,然而关于分数阶偏微分方程数值方法的研     

一维分数阶渗透方程的数值模拟

<正>1引言渗流问题在水文、土壤、医学等许多研究领域被探讨.经典的整数阶渗透方程是在渗流连续的假设条件下建立的,但是这些假设在实际渗流中一般是不成立的,从而发展出能反映实际情况的分数阶渗透方程[1-3].最近几年在国际上掀起了一股求解分数阶微分方程研究热潮.Liu等人[4]通过变量变换得到分数阶对流色散方程的解;Meerschaert等人[5]提出空间分数阶微分方程的有     

高维非齐次时间分数阶扩散-波动方程的解析解问题

分数阶微积分是专门研究任意阶积分和微分的数学性质及其应用的领域,是传统的整数阶微积分的推广,分数阶微分方程是含有非整数阶导数的方程.时间分数阶扩散-波动方程可以用来模拟由传统的扩散-波动方程演变而来的反常扩散方程.考虑在有限区间上高维非齐次时间分数阶扩散-波动方程的初边值问题.利用分离变量法,导出了高维非齐次时间分数阶扩散-波动方程初边值问题的基本解.     

线性随机分数阶延迟微分方程指数Euler-Maruyama方法的强收敛性CSCD

1引言近年来,分数阶延迟微分方程因其能够准确地描述反常次扩散现象、超反常扩散现象和多孔介质问题等在力学、物理、电气工程、控制理论等学科中的应用较为广泛.因此,研究者们针对该方程做了大量的研究且取得了丰富的研究成果,比如:2011年,Bhalekar和Daftardargejji[1]扩展了Adams-Bashforth-Moulton算法来求解分数阶延迟微分方程.     

非自治系统的全局稳定性

文[1]研究了带有一个非自治项的四阶微分方程的全局稳定性,它推广了[2]的结果。本文研究一般的四阶非自治微分方程 (1)的全局渐近稳定性。对这个方程,我们构造了所需要的函数,并参照文[3][4]的办法,作出了易于检验的判定四阶非自治系统全局渐近稳定的充分条件。     

分数阶扩散方程半无界混合问题的解

研究了一维半无界分数阶扩散方程具有第三类非齐次边条件的混合问题．分别给出具有第三类齐次边条件的混合问题基本解以及具有零初始条件的混合问题基本解．最后得到分数阶扩散方程半无界混合问题的求解公式．     

一类时间分数阶偏微分方程的解

考虑一类时间分数阶偏微分方程,该方程包含几种特殊情况:时间分数阶扩散方程、时间分数阶反应-扩散方程、时间分数阶对流-扩散方程以及它们各自相对应的整数阶偏微分方程． 通过Laplace-Fourier变换及其逆变换,该方程在空间全平面和半平面内的基本解可以求出,但其表达式则是通过适当的变形来求．另外,对于有限域上的初边值问题,则可由Sine(Cosine)-Laplace变换导出该方程的一种级数形式的解,并通过两个数值例子来说明该方法的有效性．     

具不同分数阶扩散趋化模型的衰减估计

研究了生物学中具有分数阶扩散的Keller-Segel模型.该模型是由两个分数阶抛物方程和一个经典抛物方程组成.在小初值条件下,利用[李大潜,陈韵梅.非线性发展方程[M].北京:科学出版社,1999.]中的能量方法,作者建立了该模型古典解的全局存在性及最优的衰减估计,得到了u,v及▽Ψ高阶导数的衰减估计.     

分数阶Caputo导数的三点逼近格式（英文）

推导了分数阶积分的梯形逼近格式以及Caputo导数的L1逼近格式的四阶展开公式.并利用L1格式的展开式得到了Caputo导数的具有3-α阶精度的三点逼近格式,该逼近格式被应用于数值求解分数阶松弛方程和时间分数阶次扩散方程.     

Hammerstein 型非线性积分方程的固有值

<正> 本文是作者工作[7]的继续.§1应用拓扑度数理论[1][2][3][5][6]研究实用上常见的多项式型 Hammerstein 非线性积分方程的固有值,即设     

An Element-Free Galerkin Method for Time-Fractional Diffusion-Wave Equations北大核心CSCD

利用无单元Galerkin法,对Caputo意义下的时间分数阶扩散波方程进行了数值求解和相应误差理论分析。首先用L1逼近公式离散该方程中的时间变量,将时间分数阶扩散波方程转化成与时间无关的整数阶微分方程;然后采用罚函数方法处理Dirichlet边界条件,并利用无单元Galerkin法离散整数阶微分方程;最后推导该方程无单元Galerkin法的误差估计公式。数值算例证明了该方法的精度和效果。     

广义二阶流体分数阶反常扩散速度场、应力场及涡旋层的理论分析

研究了在广义二阶流体中,由于平板在自身所在平面运动而引起的时间分数阶反常扩散速度场,以及由此所产生的应力场及涡旋层的反常扩散问题.许多经典的和前人所得到的结果,都可作为本文结果的特例而出现.例如,Wyss有关分数阶扩散方程的解;经典的Rayleigh时空相似性解;Bagley等人有关应力场和速度场之间的关系式;以及Podlubny所做的有关分数阶平板运动方程的解等.此外,还获得了许多有意义的理论结果.例如,时间分数阶扩散指数β大于广义二阶流体指数α是涡旋层生成的必要条件.涡量分布函数的建立依赖于流场该点速度剖面的时间历程, 而这种历程是可以用分数阶微积分来刻画的等.     

四阶方程两点边值问题Hermite有限元解的渐近展式与外推

1引言有限元解的渐近展式是提高微分方程数值解精度的重要工具,比如亏量校正和外推就是建立在有限元解的渐近展式的基础之上．许多作者对此进行了大量的研究(见[1]-[4]),特别是文[1],提出了在研究有限元解的渐近展式中十分有用的能量嵌入技巧．本文利用能量嵌入定理得到了四阶方程两点边值问题Hermite有限元解及其二阶平均导数的渐近展式,进一步我们还讨论了它们的Richardson外推公式．考虑四阶方程两点边值问题     

分数阶波动方程的一种数值解法

正1引言分数阶微分方程越来越多地出现在各个研究领域和工程应用中,对于求解分数阶微分方程,常用的解析方法有拉普拉斯变换法和傅立叶变换法等,但其解析解在实际的工程中意义并不大,并且在很多情形下,分数阶微分方程的解析解是很难找到的,而数值解在实际中的应用更广泛一些.分数阶扩散波方程是经典的扩散方程(或波方程)的一种推广.     

求解对流扩散方程的高阶紧致Padé有限体积格式

<正>自然界许多物理现象都可用对流扩散方程来描述,如质量、能量以及动量守恒问题等.实际应用问题中的对流扩散方程往往比较复杂,难以求出精确解,因此研究其数值求解方法具有十分重要的意义.对流扩散方程的经典解法对于解光滑问题可以得到较好的计算结果,但对于大梯度问题以及边界层等问题,会产生较大误差.紧致格式使用较少的模板可以获得较高的精度,因此高精度紧致方法成了近年来的研究热点[1-4].针对已有高阶紧致格式在分辨率和守恒性方面的问题,本文借鉴文献[4][5]中的思想构造了非定常对     

一类拟线性方程组Galerkin方法解的存在性和误差估计

§1.引言对于抛物型方程和双曲型方程的Galerkin方法,已有不少人作了讨论。如[2][3][4]是研究抛物型的,[5][6][7]是研究双曲型的。本文研究以热弹性问题为背景的下列抛物——双曲耦合初边值问题:     

求解分数阶对流弥散方程的边界值法

正1引言在现代地下水动力学研究中,对流弥散方程常用来刻画污染物等的运移过程.但在介质不纯或不规则的分形多孔介质情况下,穿透曲线的实测数据呈不对称的偏态分布,即存在提前穿透和拖尾的现象[1].研究表明,此时污染物的运移过程已从局域性的布朗运动改变为非局域性的Levy过程,考虑到分数阶导数与反常扩散过程在本质上相类似,因而分数阶对流弥散方程(FADE)被引入以取代传统的整数阶对流弥散方程[2].     

一类分数阶Black-Scholes期权定价模型的径向基函数法

<正>1引言在研究期权定价时,将Black-Scholes(B-S)模型扩展到分数阶是非常有效的([2, 4, 7,9, 12, 16]).分数阶B-S模型的解析解一般很难求出,因此需要发展数值解.许多数值求解分数阶B-S方程的算法已经被提出,见文献[1, 3, 14, 17, 19]等.但上述文献中使用的方法多数具有网格依赖性,而高维网格的生成本身就是一个难点.另一方面,     

分数阶微分方程的理论和数值方法研究

分数阶偏微分方程的研究有很长的历史,并在最近十多年得到快速发展.相比极为有限的理论成果,数值方法的研究成果已经相当丰富,几个国际研究团队对此作出了贡献.本文旨在对分数阶微分方程的理论与数值方法研究成果做个简要的评价,聚焦总结评述与高阶方法发展密切相关的研究.主要内容为讨论最基本的三类方程:时间分数阶扩散方程、空间分数阶扩散方程、以及时空分数阶扩散方程的理论进展和数值方法研究在最近十年取得的结果.我们还有针对性地选择一些算例,用以说明几个重要方法的精度和有效性.