Главная – Журналы – Сибирский журнал вычислительной математики 2019 номер 1

В данной статье получены условия существования и единственности периодических решений нелинейного дифференциального уравнения четвертого порядка с использованием явной функции Грина, теоремы индекса о неподвижной точке и операторной спектральной теоремы. Обсуждается итерационный метод для нелинейных дифференциальных уравнений с постоянным коэффициентом и доказывается теорема существования положительных решений граничной задачи четвертого порядка с переменным параметром. Приводится пример, иллюстрирующий результаты.

Доказано существование и единственность обобщенного решения краевой задачи для системы уравнений магнитопористости в диссипативном приближении. Приведены результаты численного решения методом конечных элементов тестовой краевой задачи магнитопористости в частотной области.

Алгоритм фильтра Калмана является в настоящее время одним из самых популярных подходов к решению задачи усвоения данных наблюдений. Лидирующим направлением в работах, посвященных применению фильтра Калмана при усвоении данных, является ансамблевый подход. В статье рассматривается вариант стохастического ансамблевого фильтра Калмана. В данном алгоритме ансамбль ошибок анализа получается с помощью трансформации ансамбля ошибок прогноза, шаг анализа осуществляется только для среднего значения. Таким образом, ансамблевый π-алгоритм объединяет в себе преимущества стохастического фильтра и экономичность и локальность фильтров квадратного корня. Предложен численный метод реализации ансамблевого π-алгоритма, приводится обоснование применимости этого метода. Алгоритм реализован на примере трехмерной тестовой задачи, приводятся результаты численных экспериментов с модельными данными по оценке эффективности предлагаемого численного алгоритма. Проводится сравнительный анализ поведения среднеквадратической ошибки ансамблевого π-алгоритма и классического ансамблевого фильтра Калмана с помощью численных экспериментов с 1-мерной моделью Лоренца.

В работе реализован симбиоз двух подходов к численному решению обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) второго порядка с малым параметром, а именно компактных разностных схем повышенного порядка аппроксимации и явного способа задания специальных адаптивных сеток, сгущающихся в зонах быстрого изменения решения. Технология построения адаптивных сеток, квазиравномерных по приращению решения на шаге сетки, опирается на априорные оценки производных решения и представляет собой обобщение методики, разработанной ранее для схемы с односторонними разностями. В серии численных экспериментов проведено сравнение схем первого порядка и компактных схем второго и третьего порядков аппроксимации на равномерных и построенных в данной работе адаптивных сетках. Спектр тестовых задач охватывает типичные формы, масштабы и расположение пограничных и внутренних слоев (экспоненциальных, степенных и смешанных). В численных экспериментах подтверждено высокое качество расчетов с помощью компактных схем повышенного порядка точности на специальных адаптивных сетках. С привлечением метода трансфинитной интерполяции или путем численного решения обращенных уравнений Бельтрами или диффузии относительно контрольной метрики предлагаемая технология построения адаптивных сеток может быть обобщена на многомерные задачи с пограничными и внутренними слоями.

Рассмотрены алгоритмы решения обратной задачи идентификации источников для систем нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений продукции-деструкции с данными измерений в виде временных рядов. На основе сопряженных уравнений построен оператор чувствительности и его дискретный аналог, связывающий возмущения искомых параметров модели с возмущениями измеряемых величин. Этот оператор позволяет получить семейство квазилинейных операторных уравнений, связывающих искомые величины и данные обратной задачи. Для решения уравнений применяется алгоритм типа Ньютона-Канторовича с использованием правых r -псевдообратных матриц. Алгоритм применяется для решения обратной задачи идентификации источников для модели трансформации примесей в атмосфере.

В данной работе исследуется и решается комбинированная начально-краевая задача для уравнения теплопроводности. В постановке этой задачи выделены три интервала. Первый от 0 до T₁ посвящен нагреву камеры внутреннего сгорания, второй от T₁ до T₂ - охлаждению камеры и более медленному охлаждению ее стенки и третий интервал посвящен естественному остыванию стенки камеры, в то время как температура самой камеры совпадает с окружающей средой. Далее доказана применимость к решению этой задачи преобразования Фурье по t, после применения которого основное уравнение сведено к обыкновенному дифференциальному уравнению. Используя это уравнение, имеем решение обратной граничной задачи для уравнения теплопроводности нелинейным методом проекционной регуляризации и получена оценка погрешности приближенного решения.

Одним из широко используемых подходов к решению задачи Коши для уравнения Лапласа является сведение ее к обратной задаче. Как правило, для решения последней применяется итерационная процедура. В работе описан экономичный прямой метод численного решения обратной задачи в областях прямоугольной формы. Идея основана на разложении искомого решения по базису, состоящему из собственных функций разностного аналога оператора Лапласа.