奇异分数阶Laplacian方程正弱解的存在性及正则性

因为奇异项使得分数阶Laplacian方程没有变分结构,所以临界点理论不能直接使用,成为研究此类方程弱解存在性的本质困难.本文首次运用闭锥上的临界点理论,得到奇异分数阶Laplacian方程的正弱解及其正则性.而且,此方法适用于其他奇异分数阶问题.     

基于分数阶热传导方程激光加热瞬态温度场研究

基于分数阶Taylor(泰勒)级数展开原理,建立单相延迟一阶分数阶近似方程,获得分数阶热传导方程.针对短脉冲激光加热问题建立分数阶热传导方程组,并运用Laplace(拉普拉斯)变换方法进行求解,给出非Gauss(高斯)时间分布的激光内热源温度场解析解.针对具体算例数值研究温度波传播特性.结果表明热传播速度与分数阶阶次有关,分数阶阶次增加,热传播速度减小,温度变化幅度增加.分数阶方程可以用于描述介于扩散方程和热波方程间的热传输过程,且对热传播机制与分数阶热传导方程中分数阶项的关系做了深入剖析.     

分数阶振子方程基于变分迭代的近似解析解序列

在粘弹性介质中的阻尼振动中引入分数阶微分算子,建立分数阶非线性振动方程.使用了分数阶变分迭代法（FVIM）,推导了Lagrange乘子的若干种形式.对线性分数阶阻尼方程,分别对齐次方程和正弦激励力的非齐次方程应用FVIM得到近似解析解序列.以含激励的Bagley-Torvik方程为例,给出不同分数阶次的位移变化曲线.研究了振子运动与方程中分数阶导数阶次的关系,这可由不同分数阶次下记忆性的强弱来解释.计算方法上,与常规的FVIM相比,引入小参数的改进变分迭代法能够大大扩展问题的收敛区段.最后,以一个含分数导数的Van der Pol方程为例说明了FVIM方法解决非线性分数阶微分问题的有效性和便利性.     

(2,q)阶分数差分方程的解

首次提出了一种分数阶差分,分数阶和分以及分数阶差分方程的定义,并给出(2,q)阶常系数分数阶差分方程的具体解法.     

分数(k,q)阶差分方程的解

本文首次提出了一种分数阶差分,分数阶和分以及分数阶差分方程的定义,并利用Z变换理论,给出(k,q)阶常系数分数阶差分方程的具体解法.     

随机分数阶微分方程初值问题基于模拟方程法的数值求解

基于模拟方程法,提出了一种求解随机分数阶微分方程初值问题的数值方法.考虑含两个分数阶导数项的微分方程,引入两个线性的、非耦合的随机模拟方程,利用它们解构原方程,借助Laplace变换及逆变换,得到方程解的积分表达式,同时建立起两个模拟方程之间的联系,结合初始状态,得到求解随机微分方程初值问题的数值迭代算法.作为特例,对于含两个分数阶导数项线性常微分方程的初值问题,给出了基于模拟方程法的数值解法的显式结果.该方法是稳定的,它的误差仅存在于积分近似时的截断误差和计算软件的舍入误差.应用实例说明了数值方法在确定和随机情形的有效性和准确性.     

分数阶超Yang族及其超哈密顿结构

通过应用分数阶超迹恒等式以及建立在李超代数上的广义零曲率方程,得到分数阶超Yang族和它的分数阶超哈密顿结构.应用该方法还可以得到其他分数阶超方程族.     

时空分数阶薛定谔方程的指数时间差分方法

本文针对时空分数阶非线性薛定谔方程,提出了应用Padé近似逼近Mittag-Leffler函数的指数时间差分格式,讨论了提高格式计算效率的方法.本文在具有各种参数的时空分数阶非线性薛定谔方程上进行了数值实验,实验结果说明了所提出方法的准确性、有效性和可靠性.     

分数阶R-L微分方程初值问题解的存在唯一性

研究了R-L导数定义下的分数维微分方程初值问题解的存在性及其唯一性,给出了方程的Peano存在定理和不等式定理,基于逐次逼近的方法,利用对分数阶R-L微夯方程构造的Tonelli序列和Ascoli引理证明分数阶R-L微分方程解的存在性,根据分数阶不等式定理证明了分数阶R-L微分方程解的唯一性.     

一类分数阶非线性波方程的精确解及应用

基于分离变量的思想构造了分数阶非线性波方程含常系数的解的形式.在用待定系数法求解时,根据原方程确定假设解中的待定参数,得到具体解的表达式.利用该方法求解了3个非线性波方程,即分数阶CH(Camassa-Holm)方程、时间分数阶空间五阶Kdv-like方程、分数阶广义Ostrovsky方程.比较简便地得到了这些方程的精确解.文献中关于整数阶非线性波方程的结果成为本文结果的特例.通过数值模拟给出了部分解的图像.对能够通过待定系数法求出精确解的分数阶微分方程所应满足的条件进行了阐述.     

Optimality conditions for fractional variational problems with dependence on a combined Caputo derivative of variable order

We establish necessary optimality conditions for variational problems with a Lagrangian depending on a combined Caputo derivative of variable fractional order. The endpoint of the integral is free, and thus transversality conditions are proved. Several particular cases are considered illustrating the new results.     

分数阶Duffing混沌系统的动力性态及其由单一主动控制的混沌同步

随着物理与技术的深入研究,分数阶非线性系统的动力性态及其分数阶混沌系统的同步成为研究的焦点.研究了分数阶Duffing系统的动力性态包括混沌性质,并且由分数阶非线性稳定性准则得到了分数阶非自治系统的混沌同步.特别地,研究了由单一主动控制的分数阶Duffing系统的同步.相应的数值结果演示了方法的有效性.     

Periodic solutions of Weyl fractional order integral systems†

In this paper, we show the existence and uniqueness results for periodic solutions of Weyl fractional order integral systems. A numerical example is given to illustrate our theoretical results. Our results show that periodic orbits can be obtained by putting the periodic conditions to some certain fractional order integral systems. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

分数阶一般退化微分系统的通解

本文研究了系数矩阵不是方阵情形的分数阶一般退化微分系统的解.通过定义可解阵对,获得分数阶一般退化微分系统的通解表达式.该结果推广了整数阶退化微分系统和分数阶常微分系统解的相应结论.     

分数阶广义扰动热波方程的与泛函映射解

研究了一类分数阶广义非线性扰动热波方程.首先在典型分数阶热波方程情形下得到解,接着用泛函分析映射方法,求出了分数阶广义非线性扰动热波方程初始边值问题的任意次近似解析解.最后简述了它的物理意义.求得的近似解析解,弥补了单纯用数值方法得到的模拟解的不足.     

Analysis of Fractional Differential Equations

We discuss existence, uniqueness, and structural stability of solutions of nonlinear differential equations of fractional order. The differential operators are taken in the Riemann-Liouville sense and the initial conditions are specified according to Caputo's suggestion, thus allowing for interpretation in a physically meaningful way. We investigate in particular the dependence of the solution on the order of the differential equation and on the initial condition, and we relate our results to the selection of appropriate numerical schemes for the solution of fractional differential equations.     

Simulation of nonlinear fractional dynamics arising in the modeling of cognitive decision making using a new fractional neural network

By the rapid growth of available data, providing data-driven solutions for nonlinear (fractional) dynamical systems becomes more important than before. In this paper, a new fractional neural network model that uses fractional order of Jacobi functions as its activation functions for one of the hidden layers is proposed to approximate the solution of fractional differential equations and fractional partial differential equations arising from mathematical modeling of cognitive-decision-making processes and several other scientific subjects. This neural network uses roots of Jacobi polynomials as the training dataset, and the Levenberg-Marquardt algorithm is chosen as the optimizer. The linear and nonlinear fractional dynamics are considered as test examples showing the effectiveness and applicability of the proposed neural network. The numerical results are compared with the obtained results of some other networks and numerical approaches such as meshless methods. Numerical experiments are presented confirming that the proposed model is accurate, fast, and feasible.     

Caputo–Hadamard Fractional Derivatives of Variable Order

In this article, we present three types of Caputo–Hadamard derivatives of variable fractional order and study the relations between them. An approximation formula for each fractional operator, using integer-order derivatives only, is obtained and an estimation for the error is given. At the end, we compare the exact fractional derivative of a concrete example with some numerical approximations.     

一类分数阶Hopfield神经网络的鲁棒指数稳定性

本文研究了一类具有Caputo导数的分数阶Hopfield神经网络的鲁棒指数稳定性, 得到了保证其鲁棒指数稳定性的一些充分条件. 最后利用数值仿真验证了结论的正确性和有效性.     

分数阶积分微分方程的近似解

本文给出了分数阶积分微分方程的一种新的解法.利用未知函数的泰功多项式展开将分数阶积分微分方程近拟转化为一个涉及未知函数及其n阶导数的线性方程组.数值例子表明该方法的有效性.