BÀI TOÁN CAUCHY CHO PHƯƠNG TRÌNH BÌNH LƯU – KHUẾCH TÁN CHỨA ĐẠO HÀM BẬC KHÔNG NGUYÊN THEO THỜI GIAN

Lê Minh Triết, Lưu Hồng Phong, Phạm Nguyễn Hoàng Long

Tóm tắt


Trong bài báo này, chúng tôi khảo sát bài toán Cauchy của phương trình bình lưu – khuếch tán bậc phân theo biến thời gian với  dưới dạng đạo hàm bậc không nguyên Caputo. Như đã biết, bài toán nêu trên là đặt không chỉnh theo nghĩa Hadamard. Chi tiết hơn, các phần tử có tần số cao trong “nhân” gây ra tính không chỉnh của bài toán được đưa ra trong (Liu et al., 2019), vì thế chúng tôi xây dựng phương pháp chỉnh hóa bằng cách áp dụng phương pháp tựa giá trị biên để chỉnh hóa “nhân” này, trong đó “nhân” chỉnh hóa cần thỏa mãn một số điều kiện nhất định. Sau đó, chúng tôi đưa ra một cách chọn tham số chỉnh hóa phù hợp và đánh giá tốc độ hội tụ của nghiệm chỉnh hóa về nghiệm chính xác. Đây là phương pháp nghiên cứu mới, áp dụng cho một bài toán có rất ít các tác giả đã nghiên cứu và dựa trên nền tảng những kết quả liên quan đã có trước đó, do đó mang tính ứng dụng cao trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ (Benson et al., 2000; Berkowitz et al., 2006; Cetinkaya, & Kiymaz, 2013). Bên cạnh đó, kết quả của bài báo này đóng góp vào việc nghiên cứu sự chỉnh hóa các dạng bài toán đặt không chỉnh, có tiềm năng phát triển để tiến đến nghiên cứu các bài toán phức tạp hơn.

 


Từ khóa


bài toán Cauchy; đạo hàm bậc không nguyên Caputo; tốc độ hội tụ; chỉnh hóa; phương pháp tựa giá trị biên; phi tuyến, phương trình bình lưu – khuếch tán phi tuyến theo thời gian, tham số chỉnh hóa

Toàn văn:

PDF

Trích dẫn


Ahmed, E., & Elgazzar, Ahmed, & Shehata, Mohamed Ibrahim (2008). On Differences between Fractional and Integer Order Differential Equations for Dynamical Games. Zeitschrift für Naturforschung A., 63, 152-154. 10.1515/zna-2008-3-406

Ali, F., Gohar, M., & Khan, I. (2016). MHD Flow of Water-Based Brinkman Type Nanofluid over a Vertical Plate Embedded in a Porous Medium with Variable Surface Velocity, Temperature and Concentration. Journal of Molecular Liquids, 223, 412-419.

https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.08.068

Benson, D. A., Wheatcraft, S. W., & Meerschaert, M. M. (2000). Application of a fractional advection-dispersion equation. Water resources research, 36(6), 1403-1412.

Berkowitz, B, Cortis, A, Dentz, M., & Scher, H. (2006). Modelling non-Fickian transport in geological formations as a continuous time random walk. Rev Geophys, 44, RG2003.

Çetinkaya, A., & Kıymaz, O. (2013). The solution of the time-fractional diffusion equation by the generalized differential transform method. Math. Comput. Model., Elsevier.

Benson, D. A., Meerschaert, M. M., & Revielle, J. (2013). Fractional calculus in hydrologic modeling: A numerical perspective. Adv. in Water Resour, 51, 479-497.

Deng, Z. Q., & Singh, V. P. (2006). A fractional dispersion model for overland solute transport. Water Resour. Res., 42, W03416.

Doungmo Goufo, & Emile Franc (2018). An application of the Caputo-Fabrizio operator to replicator-mutator dynamics: Bifurcation, chaotic limit cycles and control. European Physical Journal Plus, 133(2), 1-13. doi:101140/epjp/i2018-11933-0

Francesco Mainardi (2010). Fractional calculus and wave in linear viscoelasticity. Imperial College Press, London.

Garra R, Giusti A, Mainardi F, & Pagnini G. (2014). Fractional relaxation with time-varying coefficient. Fractional Calc Appl Anal., 172, 424-439.

Huang, F., & Liu, F. (2005). The time fractional diffusion equation and the advection–dispersion equation. ANZIAM J., 46, 317-330.

Podlubny, I. (1999). Fractional Differential Equations. Academic Press, London.

Diethelm, K. (2010). The analysis of fractional differential equationst. Springer, Berlin.

Liu, F., Anh, V. V., Turner, I., & Zhuang, P. (2003). Time fractional advection–dispersion equation, J. Appl. Math. Comput., 13, 233-245.

Liu, S., & Feng, L. (2019). Filter regularization method for a time-fractional inverse advection–dispersion problem. Adv Differ Equ, 2019, 222. https://doi.org/10.1186/s13662-019-2155-8

Meerschaert, M. M., & Tadjeran, C. (2004). Finite difference approximations for fractional advection–dispersion flow equations. J. Comput. Appl. Math., 172, 65-77.

Tate, Mr. S., & Dinde R. Dr. H. T. (2015). Approximate solution of time fractional advection-dispersion equation. Intl. Journal of Latest Research in Science and Technology. 4(6), 8-11.

Hilfer, R. (2000). Fractional Calculus in Physics. World Scientific, Singapore.

Lukasz, P. (2015). Analytical studies of a time-fractional porous medium equation. Derivation, approximation and applications, Commun. in Nonl. Sci. and Numerical Sim., 24, 169183.

Nigmatulin, R. (1986). The realization of the generalized transfer equation in a medium with fractal geometry. Phys. Stat. Sol. B, 133, 425-430.

Samko, S.G., Kilbas, A. A., & Marichev, O. I. (1987). Fractional Integrals and Derivatives, Theory and Applications. Gordon and Breach Science, Naukai Tekhnika, Minsk.

Wang, K., & Wang, H., (2011). A fast characteristic finite difference method for fractional advection-diffusion equations. Adv. Water Resour, 34, 810-816.




DOI: https://doi.org/10.54607/hcmue.js.19.9.3484(2022)

Tình trạng

  • Danh sách trống