时间分数阶色散方程的有限差分方法

提出求解时间分数阶色散方程的一类隐式差分格式,并证明其无条件稳定性和收敛性,收敛阶为O(τ+h2)。该分数阶色散方程是将一般的色散方程中的时间一阶导数用α(0<α<1)阶导数代替所得到的。数值算例表明本方法是有效的。

时间分数阶色散方程的高阶差分方法

时间分数阶色散方程用以描述带有记忆性的色散现象。本文研究分数阶色散方程的高精度差分方法,利用紧致差分格式的构造技巧,得到了求解时间分数阶色散方程的四点四阶和五点六阶2个紧致隐式差分格式,收敛阶分别为O(τ2+h4)和O(τ2+h6).数值算例表明本文方法是高精度有效的,且具有很好的数值稳定性。

二维空间时间分数阶色散方程的差分方法

通过把标准的二维色散方程中的一阶时间导数替换成Caputo分数阶导数,两个二阶空间导数分别替换成Riemann-Liouville分数阶导数,得到二维空间时间分数阶色散方程.基于两个空间分数阶导数的转移Grünwald有限差分近似,分别构造了逼近二维空间时间分数阶色散方程的隐式差分格式和交替方向隐式差分格式.对两种差分格式分别进行了相容性、稳定性和收敛性分析.应用数学归纳法证明了两种隐式差分格式都是无条件稳定和收敛的并且得到了收敛阶.对两种隐式差分格式的收敛速度和计算复杂度进行了比较.基于以上所构造的差分格式,对精确解已知的一个空间时间分数阶色散方程进行了数值实验模拟,模拟结果验证了理论分析的正确性.

非线性时间分数阶色散方程的分支问题与精确解研究

研究了非线性时间分数阶色散方程精确解的存在性问题及动力学性质.通过分析在不同参数条件下由时间分数阶色散方程导出的系统相图,获得了光滑周期解、有界解、具有compacton性质的稳定解.通过图像模拟的方式直观地展示了部分精确解的动力学演化行为.