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空间分数阶Klein-Gordon方程长时间动力学指数波积分器方法的改进一致误差界(弱非线性情形)

数值分析 2023-03-08 v1 数值分析

摘要

针对非线性空间分数阶Klein-Gordon方程(NSFKGE)的长时间动力学,我们在Hα/2H^{\alpha/2}范数下建立了O(hm+ε2τ2)O\left(h^m+\varepsilon^2 \tau^2\right)的改进一致误差界。采用二阶指数波积分器(EWI)方法对NSFKGE作时间半离散,并应用傅里叶谱方法于空间以导出全离散格式。利用正则补偿振荡(RCO)技术,分别证明了在时间半离散下直至长时间Tε=T/ε2T_{\varepsilon}=T / \varepsilon^2T>0T>0固定)的O(ε2τ2)O\left(\varepsilon^2 \tau^2\right)改进一致误差界,以及全离散下的O(hm+ε2τ2)O\left(h^m+\varepsilon^2 \tau^2\right)改进一致误差界。同时讨论了具有一般幂指数非线性项的复NSFKGE与振荡复NSFKGE。最后,通过数值算例验证了理论分析的正确性与方法的有效性。

关键词

引用

@article{arxiv.2303.03754,
  title  = {Improved uniform error bounds of exponential wave integrator method for long-time dynamics of the space fractional Klein-Gordon equation with weak nonlinearity},
  author = {Junqing Jia and Xiaoyun Jiang},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2303.03754},
  year   = {2023}
}