Приближенное решение нелинейного интегрального уравнения Фредгольма второго рода
Автор: Геббай Хамза, Гиат Морад, Мерчела Вассим, Сегни Сами, Степаненко Елена Викторовна
Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru
Статья в выпуске: 1 т.25, 2023 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена численному решению нелинейных интегральных уравнений Фредгольма второго рода. Рассматриваемое уравнение имеет специальное ядро в том смысле, что представляет собой произведения двух частей: слабо сингулярной части, не зависящей от решения, и нелинейной дифференцируемой по Фреше части, зависящей от решения. Приближенное решение, предложенное в статье, определяется как итерационная последовательность типа Ньютона - Канторовича. При этом используются три численных метода: метод Ньютона - Канторовича для линеаризации задачи, метод регуляризации с конволюцией и разложением в ряд Фурье. Это необходимо, чтобы получить конечную последовательность, и "Hat functions projection" для работы с нелинейным членом, возникающим в конструкции Ньютона - Канторовича. Доказано, что такая специальная последовательность типа Ньютона - Канторовича сходится к точному решению. Кроме того, приведен численный пример, демонстрирующий практическую эффективность численного метода и подтверждающий точность теоретических результатов.
Интегральное уравнение фредгольма, нелинейное уравнение, метод типа ньютона, производная фреше, слабая сингулярность
Короткий адрес: https://sciup.org/143179837
IDR: 143179837 | DOI: 10.46698/s7895-5601-5395-f
Текст научной статьи Приближенное решение нелинейного интегрального уравнения Фредгольма второго рода
экспонента позволяет оценить значения следующим образом:
a
E1 (0+) . -x ( V a e R + );
j E1 (t) dt < + № .
Рассмотрим численное решение нелинейного интегрального уравнения Фредгольма второго рода, имеющего слабо сингулярное ядро. Это уравнение является обобщением линейного случая, подробно описанного в [2–7, 8, 9, 10, 11]. Так, в [12–15] рассматривается f (x) = j s (|x - y|) R [f] (y) dy + g (x) 0
( V x E [0,1]),
где R[ ^ ] — нелинейная Фреше функция, дифференцируемая на открытом множестве Q в L 1 ([0,1] , C) , g E L 1 ([0,1] , C) и s является слабо сингулярной функцией, т. е. s (0 + ) = + то .
Класс интегральных уравнений представляет большой математический интерес благодаря различным приложениям в физике, технике и биологии [16]. Потому что она эквивалентна задаче нелинейных дифференциальных уравнений с краевыми условиями (см. [17, 18]). Это связано с возможностью применения теории неподвижной точки и метода Ньютона — Канторовича для нахождения локально единственного решения, т. е. такое решение существует и единственно в шаре с центром в заданной точке пространства, но мы не можем гарантировать отсутствие другого решения вне этого шара (см. [19]).
Отдельное направление в данной области посвящено изучению существования и единственности решений тех уравнений, которые вообще приводят к локальному существованию [14, 20, 21]. С другой стороны, работа, представленная в этой статье, относится к численному анализу, предназначенному для аппроксимации решения, которое предполагается существующим и единственным в открытом множестве из L 1 ([0,1] , C). Это направление представляет большой математический интерес благодаря разработке новых и более эффективных методов: А. Альтюрк (A. Alturk) [22] использует теорему о промежуточном значении для преобразования интегрального уравнения в нелинейную систему уравнений, а затем — метод линеаризации для получения его решения. Д. А. Хаммад и др. (Hammad et al.) [23] используют кубические сплайны для дискретизации этого уравнения, в отличие от К. Малекнежад и др. (K. Maleknejad et al.) [24], которые использовали вейвлеты для получения другой формы нелинейной системы. В [21] этот подход описан как дискретизация/линеаризация, что не так эффективно, как линеари-зация/дискретизация. Предлагаемый в данной работе метод является методом линеа-ризации/дискретизации, поскольку начинается с построения последовательности типа Ньютона, которая представляет собой линеаризацию рассматриваемой задачи. Эту последовательность невозможно вычислить численно, поэтому предлагается использовать метод свертки и рядов Фурье, описанные в [9]. Метод дискретизации был разработан для линейных интегральных уравнений Фредгольма, он позволяет переходить от одной итерации к другой для вычисления членов рассматриваемой последовательности Ньютона. Это означает, что данная работа позволяет адаптировать метод свертки и рядов Фурье для обработки нелинейных интегральных уравнений методом Ньютона — Канторовича. Другими словами, данная работа позволяет адаптировать метод Ньютона — Канторовича к трактовке слабосингулярных ядер методом свертки и рядов Фурье.
Очевидно, что сложность численного решения заключается в двух моментах. С одной стороны — это нелинейность. В этом случае применимы методы приближения Ньютона — Канторовича [19] в отличие от сингулярности, которую сложно преодолеть из-за пространства L1 ([0,1] , C), в котором необходимо найти решение.
Математические исследования очень заинтересованы в численной обработке этого слабо сингулярного класса ядра [2, 3, 5–7, 9–11, 25–27]. Но авторы остановили свой выбор на методе регуляризации сверткой с последующим разложением в ряд Фурье [5–7, 27], потому что он предлагает наилучшее приближение линейного оператора, полученного из производной Фреше в последовательности Ньютона — Канторовича.
С другой стороны, нелинейный член нашей последовательности Ньютона — Канторовича будет приближаться более классическим и достаточно эффективным способом — как “hat function pro jection” [4, 10, 28].
Применение этих трех методов приводит к построению последовательности Ньютона — Канторовича конечного ранга, которая легко программируется и обрабатывается машиной. Покажем, что эта последовательность (укажите, как сходится последовательность — абсолютно, условно, равномерно, неравномерно) сходится и дает хорошее приближение решения.
-
2. Постановка задачи
Пусть X = L 1 ([0,1] , C) — банахово пространство функций с интегрируемым модулем на [0,1] . Пространство X имеет следующую норму:
H v H x = J I V (x)| dx (V V € X )-
На этом пространстве определим пространство ограниченных эндоморфизмов на X, обозначим его через BL (X) , которое имеет норму
Н А Н = sup {Н Ау Н х : Н у Н х = 1 } ( V А € BL (X)).
Рассмотрим задачу (1), где g € X и s является слабо сингулярной частью (см. [5-7, 9]) такой, что
' (1) s € L 1 ([0,1] , R); |
|
(2) s убывает и положительна; |
|
(Ai) < |
(3) lim s (x) = + ^ ; x → 0 + ε |
(4) ( 3 C> 0) ( 3 y > 0) ( V e > 0) / s (y) dy < Ce ^ |
Эти ограничения слабее, чем требуется в [2, 10] и R-регулярной части, такие, что существует открытое множество Q = 0 в X такое, что R — нелинейная Фреше функция на Q [9], т. е.
R ‘ [y]x € X ( V у € Q, V x € X ), и предположим что функция R ′ является l-липшицевой, т. е.
(3l > 0) (Vу,' € Q) || R [ v ] - R ‘ Mil ^ l W v - 'II-
Это уравнение является нелинейным случаем уравнения, изученного Х. Геббай (Guebbai et al.) [6, 9].
Построим приближенное решение уравнение (1). Собственно построение разобьем на два этапа.
Сначала построим последовательность типа Ньютона — Канторовича, для которой определим необходимое условие ее сходимости. Затем воспользуемся методом свертки и разложения в ряд Фурье, чтобы получить возможность запрограммировать полученную последовательность.
Для удобства понимания сформулируем задачу следующим образом:
Найти f Е X, S (f ) = 0 x , где
S ( f )(x) = f ( x) - 1s (| x - y I ) R [f] (y) dy - g (x) (vx Е [° 1]).
Предложение 1. S является производной Фреше, причем
S ’ (у) ф(x)
= ф (x) - J
s ( | x
- y | ) R ‘ И ф (y) dy
( V у Е X, V ф Е X ).
Кроме этого, функция S ‘ является L-липшицевым на Q.
<1 Для любых у Е Q и ф Е X
R [у + ф] - R [ф] = R [у] ф + о(ф).
Тогда для любого x Е [0,1] получим
S (у + ф)
- S ( у) = ф (x)
У S ( | x - y | ) (R [у + ф] (y) - R [у] (y) )dy 0
= ф (x) -
s ( | x
— y V ) R [у] ф (y) dy + о(ф).
Т. е. S является производной Фреше на Q. Тогда при любых у Е Q, ф Е X и x Е [0,1] получим, что
S ’ (у) ф (x) =
1 ф (x) — У 0
s ( | x
— y | ) R [у] ф (y) dy.
Чтобы доказать, что S ‘ является L-липшицевым на Q, достаточно взять L = maxo^y^i f 1 s( | x - y | )dx. >
Таким образом, данное уравнение рассматривается при следующих условиях:
Предполагается, что существует Q открытое множество из X, в котором уравнение (1) имеет единственное решение f ∞ ∈ X, т. е.
S (f ' "x .
Это единственное решение предполагается проверить
(A2) : ^ S ‘ (f ' ^ = d> ".
-
3. Последовательность Ньютона — Канторовича
Сформулируем и докажем достаточное условие для следующей известной последовательности Ньютона — Канторовича [19]:
f 0 € Q, fk+1
= f k —
[ s ' (f k )] 1 S(f k ).
Теорема 1. Для любой f0 € Q такой, что I f 0 — f “ | X C (2Ld) 1 , существует C1 > 0 такое, что для любого к ^ 0
I f k+1 — f ' X c c I f k — f ' X.
<1 Пусть функция f € Q такая, что If — f “|x C (Ld) 1. Тогда s ' (f) = s ' (f “) + s ' (f) — s ' (f “) = s ' (f “) {i — [s ‘ (f “)]-1 (s ‘ (f “) — s ' (f))} , но [S‘ (f ' (S' (f“) — S' (f)) C dL^f“ — f |x C 1.
Тогда по теореме Неймана получим существование [S ‘ (f )] , причем || S ‘ (f ) || C 2d.
Пусть к ^ 0. Предположим, что | f k — f “ | x C (2dL) -1 . Тогда
I f k+1 — f “ | X = f k — f “ — [ s ' (f k )] 1 { s (f k ) — S (f “ )}
C
fk — f “ — [ s ‘ (f k )] 1 S ' (J “ ){/ k — f “ }
+ O (У/ k — f “ H X),
[ s ' (f k )] - 1 S ' (f “ ) = I + [ s ' (f k )] -1 x [ s ' (f “ ) — S ' (f k )] .
Получим
Il f k +1
— f “ H x
C
— [ s ' (f k )] 1 [ s ' (f “ ) — S ' (f k )] (f k — f “ )
+ O (Ifk — f “ I X)
X
C 2dL l f k — f “ I X + O ( I f k — f “ I ) 2 . ▻
Следствие 1. Если ||f 0 — f “ | x < min (C1 1, (2dL) 1 ), то для любого к ^ 0
2k
I f k — f “ H x C c - 1 (C1 | / 0 — f “ H x)k^+ “ ^ °-
< Доказательство очевидно. >
-
4. Последовательность Ньютона — Канторовича конечного ряда
-
4.1. Построения SN( • ) . Пусть m ^ 2 и р : R ^ R — регуляризирующая функция, имеет вид:
Рассмотрим последовательность типа Ньютона — Канторовича, для которой существует приближенное численное решение в отличие от последовательности, описанной в предыдущем разделе, которая остается теоретическим инструментом, неприменимым на практике.
Чтобы определить новую последовательность, нужно построить два приближения. В первую очередь используем метод регуляризации свертки и ряды Фурье для построения оператора конечного ранга SN( • ), N ^ 1, который в норме сходится к S ‘ ( • ).
Во-вторых, основываясь на предположении регулярности для R[ ^ ], построим S m ( • ), M ^ 1, одно приближение для S ( • ) методом ««интеграции продукта».
-
(1) р(х) = 0 ( V х Е ] -№ , 1[ U ]1, + то [);
-
(2) р ( — х) = р (х) ( V х Е R);
-
(3) / - 1 Р ( у ) dy = 1;
-
(4) р (х) > 0 ( V х Е R);
-
(5) р Е C m (R, R).
Расширим функцию s на R для любого х Е [1, 2], s(x) = s(2 — х) для любого х Е R, s(x + 2k) = s(x) для любого к Е Z, т. е. s стала четной и 2-периодической функцией на R.
Для N ^ 2 и f Е fi определим следующий интегральный оператор:
1 N 1
SN (f Мх) = У(х)
—
2 ao j p(y) dy — ^ aj cos(jпx) j cos(jny)R ‘ [f ]у (y) dy
—
N 52 aj sin j =1
( Тпх ) j o
si n( jny ) R ‘ [ f My) dy
( V у Е X, V х Е [0,1]),
где для любого 0 С j С N aj =
/7 ■■ (
- 1 - 1
m х — N- m+Y y
^ cos(jпx) dy dx.
Подробнее см. [5–7, 9].
Теорема 2. Для любого сколь угодно большого N и любой f Е fi
|
S
‘
(f)
—
SN
(f)
|
С
^
R
‘
[f
]
|
f2
3-
Y
C
sup р(х) \ -1
+ 2кт 11 р ( т ) II l 1 ([ - 1,1],R) II s H l 1 ([0,1],R) (3 + ln N /) N Y m +Y ,
■ « (-1)jm+j где Km = n 2^j=o (2j+i)m+i является постоянной Фаваре.
< Для e = N- mT» определим оператор где
Se (f )У(х)
У(х) — j
8е ( х — y)R ‘ [f]^(y) dy
( V у Е X, V х Е [0,1]),
5 е (х)
= j р ( у)8 (|
m
i
x
—
N m+Y y
I) dy
( V х Е [0,1]).
Очевидно, что
| s ‘ (f) - SN(f ) || 5 || s ‘ (f ) - Sf) || + || S(f) - SNf) | , I s ‘ (f ) - s (f ) i 52 | R ‘ [f] || s - s < | l 1 ([0,1|,r) , | Se ( f ) - SN (f ^l 5 2 | R [f] 1 || se - SN || L 1 ([O,1|,R)-
Аналогично доказательству теоремы 2 из [9] получим
IIs - se ^ L ! ([0,1|, R ) 5 22 — Y C SUP P(x)N - m^ -
— 15x51
Аналогично доказательству теоремы 3 из [9] получим
Ilse - SN ||l 1 ([0,1|,R) 5 Km || p ( m) 11 L i ([ — 1,1^ ||s H l 1 ([o,1|,R) (3 + Ь N )N Y m + Y . >
Предыдущая теорема позволяет построить приближение SN (f k ), сходящееся по норме к S ‘ (f k ), которое удобно использовать для доказательства сходимости предлагаемого метода. Кроме этого, SN (fk ) имеет конечный ряд, эквивалентный матрице, поэтому программируется на практике.
-
4.2. Построения S m ( • ) . Построим программируемую численную аппроксимацию части S m ( • ). Идея построения основана на методе «интеграции продукта». Для этого нужно добавить следующие предположения:
-
(1) ( V f е Q n C 0 ([0,1], С)) R[f] е C 0 ([0,1], С),
-
(2) R[f - ] е C 0 ([0,1],С).
Теперь построим приближение функции S(f), f е C 0 ([0,1], С). Для этого определим подмножество
M > 1, h = M, yp = ph, 0 5 p 5 M-
Применяя метод «интеграция продукта», получим, что при всех x е [0, 1]
S m (f )(x) =
f (x) - I s(| x
- y |)nMR[f ](y) dy - g(x),
где Ур 5 У 5 Ур+i и пм R[f](y) = (y-hyp R[f](yp+i)) + (yp+h-y R[f]
Тогда при всех x е [0, 1] получим
M —i sm(f)(x) = f(x) - ^ {R[f](yp+i)ap(x) + R[f](yp)ep+i(x)} - g(x) p=0
такой, что при любом x е [0,1] и 0 5 p 5 M - 1
ар (x) =
y p+1
h j s(| x - У |)(У - Ур) dy, yp
e p+1 (x)
y p+1
= h/s(| x - y |)(yp+i- y) dy.
y p
Для M ^ 1 определим
A m = max^R[f “ ](x) - R[f x ](x)| : | x - x | < MM }.
Зная, что R[f “ ] G C 0 ([0,1], C), тогда очевидно limM ,“ A m = 0.
Теорема 3. Пусть M > 1 и при любой f G X П C 0 ([0,1], C) такая, что Il f - f “ И х 5 Am . Тогда
| S(f) — S m (f) H x 5 « S « L 1 ([0,1],R)(l « f - f “ II X" +2(1 + lI Rf “ ] » ) A m ).
-
<1 Имеем
^ S(f ) - S m (f) И х = j |S(f)(x) - S m (f)(x)|dx
1 1
= // s(
x -
y I )(R[f](y) - nMRf ](y)) dxdy
max 05y51
j s(|x - y V ) dx j | R[f](y)
- ПМ R[f ](y) | dy.
Далее,
|| R[f] - пм R[f] H x 5 ||R[/] - R[f “ ] H x + Wf“ ] - пм R[f “ ] H x
+ | пмR[f] - пм R[f “ ] | х 5 2 | R[f] - R[f “ ] | х + | R[f “ ] - пм R[f “ ] | x. Кроме того,
H R[f ]
-
R[f “ ] | х = I R ' [Af + (1 - Л)/ “ ](f - f “ )dA
X
I (R ' [Af + (1 - A)f “ ] - R ‘ [f “ ])(f - f “ )dX 0
+ ^R'[f “ ](f - f “ ) И х
X
5 2 Il f - f “ H X- + | R ‘ [f “ HH f - f “ H x.
Используя леммы из [5, 10], получим || R[f “ ] - пм R[f “ ] | х 5 A m , и так как
max 05у51
/ s( |
x - У | ) dx 5 2 H s H l ! ([0,1],R),
получим результат. >
-
4.3. Программируемая последовательность. Для приближения к f ∞ рассмотрим последовательность
fNN,м выбран из X, fN+Ml = fiN,M - [SN(fiN,M)] [SM(fiN,M)] , h ^ 0.
Отметим, что { fN^M } k>0 прекрасно программируется и доступна на практике.
Лемма 1. Пусть задана f G C0([0,1], C) такая, что ||f — f “|х С (4dl) 1, и достаточно большое N , что можно найти sup {||S‘(f) — SN(f)||; ||f — f“^х С (4dl)-1}.
Тогда [S'N(f )] -1 существует, причем || SN (f ) -1 | С 2d.
<
SN (f) = [ s ‘ (f “ )] [i — [S ‘ (f “ )] - 1 ( s ‘ (f “ ) — SN (f ))]-
Отсюда получим
|| [ s ‘ (f “ )] - 1 ( s ‘ (f “ ) — SN(f))|| c || [ s ‘ (f “ )] -1 (S ‘ (f “ ) — s ‘ (f)) ' ||
+ || [ s ‘ (f “ )] -1 (S ‘ (f) — S n (f))|| c di ^ f “ — f ^ X + d ^ s ‘ (f) — S n (f)|| c 1 + 4 = 2.
Покажем, что приближение к f “ G L 1 C C 0 ([0,1], C) строится с помощью непрерывной функции fNM . ▻
Лемма 2. Пусть заданы N, M G N . Если fNM G C 0 ([0,1], C), то { fNM } N > 0 C C 0 ([0,1], C).
-
< 1 Воспользуемся методом математической индукции.
Предположим, что fNM G C 0 ([0,1], C), тогда S m (fN, M ) G C 0 ([0,1], C), так как
Ь } M=0 C C 0 ([0,1], C).
Но
{ cos(jnfsinj^)}^ J [I] C C 0 ([0,1],C).
Тогда получим
[ s N (fN,M)] SM(fN,M) G C 0 ([0, 1], C )-
Окончательно приходим к тому, что fN+M = fNN,M — sm(fN,M)G C0([0,1], C)- +
Теперь сформулируем и докажем основную теорему о сходимости последовательности {flN,M } k ^ 0-
Теорема 4. Пусть заданы 6 G [0,1], f°,M G C 0 ([0,1], C) такие, что | f°,M — f “ | х С 5(4dL) -1 , N — достаточно большое, чтобы
Cn = fN,M, If — f “1х С 6(4d)-1, и достаточно большое M такое, что
, lim B / N,m — f “ И х С ++ A m .
k ^ + “ ’ 8 — 7o
Тогда
△ m С 6(^(8—Г)<4dL) -1 - (2)
2d 8 — 4
-
< Воспользуемся методом математической индукции.
Предположим, что k > 0, H fNNM — f “ | х С 6(4dL) -1 . Тогда
SN(fN,M) = s‘(f“) [i — [s‘(f“)]-1(s‘(f“) — sn(fNM))], но, с другой стороны,
\ [ s ‘ (f ' s ‘ (f ' - SN(fN,M)) \ < d \\ s ‘ (f ' - SN(fN,M) \
+d \\ S ‘ ( fk,M ) - SN ( fN,M ) \ ^ dL \ f ^ - fN,M \ X + dCN ^ 4 5 +4 5 = ^5
Тогда ||[SN(fN,M)]-1\ ^ 2-5. Отсюда имеем k+1 ∞ k ∞ ′ k -1 ′ k ∞
J N,M f = fN,M f ISN ( fN,M )J ISM ( fN,M ) S(f ))
= / [I - [SN (fNM )] -1 S ‘ ((1 - M.M + Xf ” )№„ - f ~ ) dy
+ [SN fNM )] -1 (S fNM ) - SM ( / Nm )).
Но для любого X € ]0,1[
\\ I - [SN(fN, m )] S ‘ ((1 - X)fN, m + Xf “ ) \|
= \| [SN(fN, M )] (SN(fN, M ) - S ‘ (fN, M ) + S‘ ( fN,M ) - S ‘ ((1 - X)fN, M + Xf “ )) \| 2d 2d k (1 + X)5
< 2-5 C N Л - LX « fN.M ~ f \ x < -Т-2Г'
Тогда
\\ fN+M - f X X < g—4d|fN, M - f X v + 2—^ △ M ^ 5(4dL) 1 • 8 45 2 5
Отсюда следует, что
\ fN + M - f ” \ x - 8 - 75Д м < (87-15) ( \ f k - f ” \ x - 8 - d75Д м ).
Поскольку 81145 < 1, имеет место неравенство (2). >
Следствие 2. Для достаточно большого N limM > - ^ limk > - ^ ^ fN м - f ^ Н х = 0.
-
< 1 Леммы доказывают справедливость данного следствия. >
-
5. Численные результаты
Применим описанный метод к следующему уравнению:
f (x) = / 5Eidx - У * ) arctan(f ( у ) - У) dy + 1 + x 0
+20 ^xEi(x) + (1 - x)Ei(1 - x) + exp(-x) + exp(x - 1) - 2^ (Vx € [0,1]), f (x) = 1 + x, s(x) = 5E1(x), R[f](x) = arctan(f (x) - x).
Для двух серий испытаний были выбраны
( X /693(1 - x2)5, x € [-1,1], fN,M(x) = x и P(x) = < 5 , г , n
. (0, x € [ - 1,1].
Алгоритм. Начинаем предложение с установки значений (N; M; kmax; fext — точ ное решение). Затем мы программируем функцию, которая представляет свертку р*s(x).
Вычисления обычно выполняются с помощью программного обеспечения для компьютерной алгебры (Mathematica, Maple и др.). Начнем расчет с выбора начальной точки f 0 , k = 0, и представляем параметры h = M 1 и tM = (0, h, 2h, . . . , 1) (узлы метода трапеций). Член F M k вычисляется с помощью квадратичной трапеции. На этом этапе мы вычисляем матрицу A k N , представляющую операцию S N ′ (f k ), затем решаем задачу A k N Y = F M k и f k +1 = f k - Y. Погрешность E N k ,M оценивается путем аппроксимации квадратурой трапеции
E n,m = j ||f k (s) - f “Mil ds.
Повторяем эту процедуру в случае k ^ k max .
В качестве исходных данных для серии испытаний были взяты следующие наборы:
-
1. N = 10 и M = 10 , 50 , 100 , 250. Полученные результаты представлены в таблице 1.
-
2. N = 50 и M = 10 , 50 , 100 , 250. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 1
Серия испытаний с N = 10
N = 10 |
M =10 |
M = 50 |
M = 100 |
M = 250 |
k =1 |
3 . 27 E -1 |
1 . 05 E -2 |
1 . 12 E -8 |
1 . 13 E -12 |
k =2 |
2 . 22 E -1 |
9 . 12 E -3 |
7 . 82 E -10 |
9 . 92 E -13 |
k =3 |
2 . 01 E -1 |
7 . 53 E -3 |
9 . 33 E -11 |
4 . 89 E - 13 |
k =4 |
1 . 09 E -1 |
6 . 99 E -4 |
5 . 11 E -11 |
2 . 09 E -13 |
k =5 |
9 . 23 E -2 |
3 . 86 E -4 |
6 . 12 E -12 |
9 . 12 E -14 |
k =6 |
2 . 22 E -2 |
1 . 19 E -4 |
7 . 44 E -13 |
3 . 22 E -14 |
Таблица 2
Серия испытаний с N = 50
N = 50 |
M =10 |
M = 50 |
M = 100 |
M = 250 |
k =1 |
3 . 63 E -1 |
1 . 38 E -2 |
8 . 43 E -9 |
2 . 23 E -12 |
k =2 |
2 . 47 E - 1 |
9 . 43 E -3 |
8 . 01 E -10 |
8 . 52 E -13 |
k =3 |
2 . 07 E -1 |
7 . 67 E -3 |
8 . 96 E -11 |
3 . 77 E -13 |
k =4 |
1 . 89 E -1 |
6 . 55 E -4 |
4 . 45 E - 11 |
1 . 13 E -13 |
k =5 |
1 . 02 E -1 |
4 . 01 E -4 |
9 . 11 E -12 |
9 . 45 E -14 |
k =6 |
4 . 23 E -2 |
1 . 89 E -4 |
6 . 42 E -13 |
2 . 95 E -14 |
Список литературы Приближенное решение нелинейного интегрального уравнения Фредгольма второго рода
- Chandrasekhar S. Radiative Transfer. N.Y.: Dover Publ., 1960. 393 p.
- Ahues M., d'Almeida F. D., Fernandes R. R. Piecewise constant Galerkin approximations of wealkly singular integral equations // Int. J. Pure Appl. Math. 2009. Vol. 4. P. 569-580.
- Amosov A. A., Youssef Y. E. Error estimates of projection type methods for solving weakly singular integral equations // J. Math. Sci. 2016. Vol. 216. P. 182-218. DOI: 10.1007/s10958-016-2895-x.
- Atkinson K., Han W. Theoretical Numerical Analysis: a Functional Analysis Framework. N.Y.: Springer, 2001. Vol. 216. P. 342-404.
- Debbar R., Guebbai H., Zereg Z. Improving the convergence order of the regularization method for Fredholm integral equations of the second kind // Appl. Math. Comput. 2016. Vol. 289. P. 204-213. DOI: 10.1016/j.amc.2016.05.018.
- Guebbai H., Grammont L. A new degenerate kernel method for a weakly singular integral equation // Appl. Math. Comput. 2014. Vol. 230. P. 414-427. DOI: 10.1016/j.amc.2013.12.102.
- Benrabia N., Guebbai H. On the regularization method for Fredholm integral equations with odd weakly singular kernel // Comp. Appl. Math. 2018. Vol. 37. P. 5162-5174. DOI: 10.1007/s40314-018-0625-3.
- Lemita S., Guebbai H., Sedka I., Aissaoui M. Z. New Method for the Numerical Solution of the Fredholm Linear Integral Equation on a Large Interval // Вестн. российских ун-тов. Математика. 2020. Т. 25, № 132. С. 387-400. DOI: 10.20310/2686-9667-2020-25-132-387-400.
- Guebbai H. Regularization and Fourier Series for Fredholm Integral Equations of the Second Kind with a Weakly Singular Kernel // Numer. Funct. Anal. Optim. 2017. Vol. 39, № 1. P. 1-10. DOI: 10.1080/01630563.2017.1364753.
- Ahues A., Largillier A., Titaud O. The roles of a weak singularity and the grid uniformity in relative error bounds // Numer. Funct. Anal. Optim. 2001. Vol. 22, № 7-8. P. 789-814. DOI: 10.1081/NFA-100108309.
- Amosov A., Ahues M., Largillier A. Superconvergence of some projection approximations for weakly singular integral equations using general grids // SIAM J. Numer. Anal. 2009. Vol. 47, № 1. С. 646-674. DOI: 10.1137/070685464.
- Dung V. T., Ha Q. T. Approximate solution for integral equations involving linear Toeplitz plus Hankel parts // Comp. Appl. Math. 2021. Vol. 40. Article № 172. DOI: 10.1007/s40314-021-01558-8.
- Assari P., Dehghan M. On the numerical solution of nonlinear integral equations on non-rectangular domains utilizing thin plate spline collocation method // Proc. Math. Sci. 2019. Vol. 129. Article № 83. DOI: 10.1007/s12044-019-0511-y.
- Jain S., Jain S. Fuzzy generalized weak contraction and its application to Fredholm non-linear integral equation in fuzzy metric space // J. Anal. 2021. Vol. 29. P. 619-632. DOI: 10.1007/s41478-020-00270-w.
- Chapko R., Mindrinos L. On the non-linear integral equation approach for an inverse boundary value problem for the heat equation // J. Eng. Math. 2019. Vol. 119. P. 255-268. DOI: 10.1007/s10665-019-10028-4.
- Lalli F., Campana E., Bulgarelli U. A Numerical Solution of II Kind Fredholm Equations: A Naval Hydrodynamics Application // Boundary Integral Methods / Eds. Morino, L., Piva, R. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1991. P. 320-327. DOI: 10.1007/978-3-642-85463-7_31.
- Evans L. C. Partial Differential Equations. American Mathematical Society, 1998. (Graduate Studies in Mathematics, Vol. 19.)
- Linz P. Analytical and Numerical Methods for Volterra Equations. Philadelphia: SIAM, 1985. DOI: 10.1137/1.9781611970852.
- Канторович Л. В., Акилов Г. П. Функциональный анализ. М.: Наука, 1984. 750 с.
- Bounaya M. C., Lemita S., Ghiat M., Aissaoui M. Z. On a nonlinear integro-differential equation of Fredholm type // International Journal of Computing Science and Mathematics. 2021. Vol. 13, № 2. P. 194-205. DOI: 10.1504/IJCSM.2021.114188.
- Ahues M. Newton methods with Holder derivative // Numer. Func. Anal. Opt. 2004. Vol. 25, № 5-6. P. 379-395. DOI: 10.1081/NFA-200042171.
- Alturk A. Numerical solution of linear and nonlinear Fredholm integral equations by using weighted mean-value theorem // SpringerPlus. 2016. Vol. 5. Article № 1962. DOI: 10.1186/s40064-016-3645-8.
- Hammad D. A., Semary Mourad S., Khattab Ahmed G. Ten non-polynomial cubic splines for some classes of Fredholm integral equations // Ain Shams Eng. J. 2022. Vol. 13, № 4. Article № 101666. DOI: 10.1016/j.asej.2021.101666.
- Maleknejad K., Karami M. Numerical solution of non-linear Fredholm integral equations by using multiwavelets in the Petrov-Galerkin method // Appl. Math. Comp. 2005. Vol. 168, № 1. P. 102-110. DOI: 10.1016/j.amc.2004.08.047.
- Ghiat M., Guebbai H., Kurulay M., Segni S. On the weakly singular integro-differential nonlinear Volterra equation depending in acceleration term // Comp. Appl. Math. 2020. Vol. 39. Article № 206. DOI: 10.1007/s40314-020-01235-2.
- Ghiat M., Guebbai H. Analytical and numerical study for an integro-differential nonlinear volterra equation with weakly singular kernel // Comp. Appl. Math. 2018. Vol. 37. P. 4661-4674. DOI: 10.1007/s40314-018-0597-3.
- Гиат М., Камуш С., Хеллаф А., Мерчела В. Об одной системе интегральных уравнений Вольтерра со слабо сингулярным ядром // Итоги науки и техн. Сер. Соврем. мат. и ее прил. Темат. обз. 2021. Т. 193. С. 33-44. DOI: 10.36535/0233-6723-2021-193-33-44.
- Ahues A., Largillier A., Limaye B. V. Spectral Computations for Bounded Operators. Chapman and Hall/CRC: Boca Raton, 2001.