Расширенное семейство дважды неявных методов для жестких систем дифференциальных уравнений

Автор: Васильев Евгений Иванович, Васильева Татьяна Анатольевна, Киселева Мария Николаевна

Журнал: Математическая физика и компьютерное моделирование @mpcm-jvolsu

Рубрика: Прикладная математика

Статья в выпуске: 3 (28), 2015 года.

Бесплатный доступ

Проведено исследование свойств устойчивости расширенного трехпараметрического семейства дважды неявных разностных схем со второй производной. Показано, что семейство имеет 5-й порядок точности. Также показано, что среди множества A - устойчивых 2ISD-схем существует два двухпараметрических семейства: семейство L -устойчивых схем и семейство схем повышенной точности для линейных задач. Проведено тестирование таких разностных схем на задачах с различной степенью жесткости. Представлены зависимости интегральной погрешности численного решения от величины шага интегрирования, на основе которых проведен анализ свойств устойчивости и точности предлагаемых 2ISD-схем.

Еще

L-устойчивость, a-устойчивость, жесткие системы, неявные методы, мульти-неявные методы, методы со второй производной, а-stability

Короткий адрес: https://sciup.org/14968987

IDR: 14968987   |   УДК: 519.62   |   DOI: 10.15688/jvolsu1.2015.3.4

The extended family of 2isd-methods for differential stiff systems

The new set of absolutely stable difference schemes for a numerical solution of ODEs stiff systems (1) is submitted: d u(t) f (u), t 0, u(0) u0 dt   . (1) The main feature of the set is the multi-implicit finite differences with the second derivatives of the desired solution. The expanded three-parameter (, , ) set of 2ISD-schemes (2)-(3) is studied in more details in this paper. 2 1 1 1 0 2 2 2 2 0 ( ф ) ф ( ф ) 2ф n n i i n i n i i n n i i n i n i i a E b J f a E b J f                       v v v v (2)     101 128 11 240 240 240 56 128 56 240 240 240 13 40 3 240 240 240 8 8 240 240 3б 2в 4в 3б 2в, 3г 3г б в 4б б в г 4г г ki ki a b                                 (3) At arbitrary (, , ) parameters last difference equation in system (2) has 5th order of accuracy. We found that the set of absolutely stable 2ISD-schemes includes two families: the set of the L-stable schemes and the set of the schemes of heightened accuracy for linear problems. For example: at 1 б  168, в  0, г  0 we have A-stable scheme with 8th order of approximation, at 53 1 6 б   5880, в  148, г  315 we have L1-stable scheme with 7th order of approximation, at 23 1 14 б   360, в  60, г  315 we have L2-stable scheme with 6th order of approximation. The testing of this difference schemes on linear and nonlinear problems with a different stiff power is conducted. The errors of a numerical solution as functions of integration step size are computed in numerical experiments. These results demonstrate high quality of stability and accuracy of the suggested 2ISD-schemes.

Еще

Список литературы Расширенное семейство дважды неявных методов для жестких систем дифференциальных уравнений

  • Васильев, Е. И. Мульти-неявные методы со второй производной для жестких систем дифференциальных уравнений/Е. И. Васильев, Т. А. Васильева, М. Н. Киселева//Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 1, Математика. Физика. -2012. -№ 2 (17). -С. 68-77. -DOI: DOI: 10.15688/jvolsu1.2012.2.8
  • Деккер, К. Устойчивость методов Рунге -Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений/К. Деккер, Я. Вервер. -М.: Мир, 1988. -334 с.
  • Vasilev, E. High Order Implicit Method for ODEs Stiff Systems/T. Vasilyeva, E. Vasilev//Korean Journal of Computational & Applied Mathematics. -2001. -Vol. 8, № 1. -P. 165-180.
  • Васильев, Е. И. L-устойчивость мульти-неявных методов 8-го порядка для жестких систем дифференциальных уравнений/Е. И. Васильев, Т. А. Васильева, М. Н. Киселева//Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 1, Математика. Физика. -2013. -№ 1 (18). -С. 70-83. -DOI: DOI: 10.15688/jvolsu1.2013.1.6