О задаче по восстановлению коэффициентов-функций времени источников специального вида в параболическом уравнении

Бесплатный доступ

Исследуется обратная задача по идентификации коэффициентов, зависящих только от времени, при источнике специального вида в линейных параболических уравнениях с точечными условиями переопределения. К исследуемым обратным задачам, в частности, приводятся краевые задачи с нелокальными (интегральными) краевыми условиями. Специфика рассматриваемой в данной работе обратной задачи заключается в том, что восстанавливаемые коэффициенты находятся при свободном члене и они зависят только от временной переменной. Предлагается методика численного решения задачи с применением метода прямых, основанная на использовании специального вида представления решения. Методом прямых задача приводится к параметрически обратной задаче относительно обыкновенной системы дифференциальных уравнений. Для ее решения предложено представление этого решения в специальном виде. Построены вспомогательные краевые задачи, которые определяют решение исходной задачи. Наиболее существенным в данной работе является то, что предлагаемый подход к численному решению исследуемой обратной задачи по идентификации коэффициентов не требует (в отличие от ранее известных методов) построения каких-либо итерационных процедур. Приводятся результаты численных экспериментов виде таблиц и графиков, полученных при решении тестовой задачи, и их анализ.

Еще

Обратная задача, нелокальные условия, метод прямых, параболическое уравнение, параметрическая идентификация

Короткий адрес: https://sciup.org/147234281

IDR: 147234281   |   DOI: 10.14529/cmse200403

Список литературы О задаче по восстановлению коэффициентов-функций времени источников специального вида в параболическом уравнении

  • Айда-заде К. Р., Рагимов А. Б. Решение классов коэффициентно-обратных задач и задач с нелокальными условиями для параболических уравнений // Дифференциальные уравнения. 2015. Т. 51, № 1. С. 84-94. БОТ: 10.1134/80012266115010085.
  • Белавин В.А., Капица С.П., Курдюмов С.П. Математическая модель глобальных демографических процессов с учетом пространственного распределения // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1999. Т. 38, № 6. С. 885-902.
  • Водахова В.А. Краевая задача с нелокальным условием А.М.Нахушева для одного псевдопараболического уравнения влагопереноса // Дифференциальные уравнения. 1982. Т. 18, № 2. С. 280-285.
  • Ионкин Н.И. Решение одной краевой задачи теории теплопроводности с неклассическим краевым условием // Дифференциальные уравнения. 1977. Т. 13, № 2. С. 294304.
  • Кожанов А.И. Обратные задачи восстановления правой части специального вида в параболическом уравнении // Математические заметки СВФУ. 2016. Т. 23, № 4. С. 31-45.
  • Нахушев А.М. Уравнения математической биологии. М.: Высшая школа, 1995. 305 с.
  • Прилепко А.И., Соловьев В.В. Теоремы разрешимости и метод Ротэ в обратных задачах для уравнения параболического типа. I // Дифференциальные уравнения. 1987. Т. 23, № 10. С. 1791-1799.
  • Прилепко А.И., Ткаченко Д.С. Корректность обратной задачи об источнике для параболических систем // Дифференциальные уравнения. 2004. Т. 40, № 11. С. 15401547.
  • Пулькина Л.С. Об одном классе нелокальных задач и их связи с обратными задачами // Труды третьей всероссийской научной конференции «Дифференциальные уравнения и краевые задачи, Математическое моделирование и краевые задачи». Ч. 3. Самара: Изд-во СамГТУ, 2006. C. 190-192.
  • Самарский А.А. О некоторых проблемах современной теории дифференциальных уравнений // Дифференциальные уравнения. 1980. Т. 16, № 11. С. 1221-1228.
  • Соловьев В.В. Определение источника и коэффициентов в параболическом уравнении в многомерном случае // Дифференциальные уравнения. 1995. Т. 31, № 6. С. 10601069.
  • Соловьев В.В. Существование решения в «целом» обратной задачи определения источника в квазилинейном уравнении параболического типа // Дифференциальные уравнения. 1996. Т. 32, № 4. С. 536-544.
  • Тихонов А.Н., Васильева А.Б., Свешников А.Г. Дифференциальные уравнения. М.: Физматлит, 2005. 256 с.
  • Ahmadabadi M. Nili, Arab M., Maalek Ghaini F.M. The method of fundamental solutions for the inverse space-dependent heat source problem // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2009. Vol. 33. P. 1231-1235. DOI: 10.1016/j.enganabound.2009.05.001.
  • Aida-zade K.R., Rahimov A.B. An approach to numerical solution of some inverse problems for parabolic equations // Inverse Problems in Science and Engineering. 2014. Vol. 22, no. 1. P. 96-111. DOI: 10.1080/17415977.2013.827184.
  • Bouziani A., Benouar N.-E. Probleme mixte avec conditions integrales pour une classe d'equations paraboliques // Comptes Rendus de l'Academiedes Sciences. Paris, Serie 1. 1995. Vol. 321. P. 1177-1182.
  • Farcas A., Lesnic D. The boundary-element method for the determination of a heat source dependent on one variable // Journal of Engineering Mathematics. 2006. Vol. 54. P. 375388. DOI: 10.1007/s10665-005-9023-0.
  • Hasanov A. Identification of spacewise and time dependent source terms in 1D heat conduction equation from temperature measurement at a final time // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 55. P. 2069-2080. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.12.009.
  • Hasanov A. An inverse source problem with single Dirichlet type measured output data for a linear parabolic equation // Applied Mathematics Letters. 2011. Vol. 24. P. 1269-1273. DOI: 10.1016/j.aml.2011.02.023.
  • Hasanov A., Otelbaev M., Akpayev B. Inverse heat conduction problems with boundary and final time measured output data // Inverse Problems in Science and Engineering. 2011. Vol. 19, no. 7. P. 895-1006. DOI: 10.1080/17415977.2011.565931.
  • Ismailov M.I., Kanca F., Lesnic D. Determination of a time-dependent heat source under nonlocal boundary and integral overdetermination conditions // Applied Mathematics and Computation. 2011. Vol. 218. P. 4138-4146. DOI: 10.1016/j.amc.2011.09.044.
  • Ivanchov M.I. Inverse Problems for Equations of Parabolic Type. VNTL Publications, Lviv, Ukraine, 2003. 238 p.
  • Johansson T., Lesnic D. A variational method for identifying a spacewise-dependent heat source // IMA Journal of Applied Mathematics. 2007. Vol. 72, no. 6. P. 748-760. DOI: 10.1093/imamat/hxm024.
  • Rothe E. Zweidimensionale parabolische Randwertaufgaben als Grenzfall eindimensionaler Randwertaufgaben // Mathematische Annalen. 1930. Vol. 102, no. 1. P. 650-670.
  • Prilepko A.I., Orlovsky D.G., Vasin I.A. Methods for solving inverse problems in mathematical physics. M. Dekker, New York, 2000. 709 p.
  • Yan L., Fu C.L., Yang F.L. The method of fundamental solutions for the inverse heat source problem // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2008. Vol. 32. P. 216222. DOI: 10.1016/j.enganabound.2007.08.002.
Еще
Статья научная