Численное определение порядка особенности системы дифференциальных уравнений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье рассматриваются подвижные особые точки систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Дан обзор результатов Пенлеве об алгебраичности этих точек и их связи с задачей Г. И. Марчука об определении положения и порядка подвижных особых точек по методу конечных разностей. Представлена реализация численного метода решения этой задачи, предложенная Н. Н. Калиткиным и Е. А. Альшиной (2005) на основе комплексной схемы Розенброка, в системе компьютерной алгебры Sage - пакет CROS for Sage. Описаны основные функции этого пакета, приведены численные примеры использования каждой из них. В целях верификации метода проведены компьютерные эксперименты: (1) с уравнениями, обладающими свойством Пенлеве, для которых порядки должны получаться целыми числами; (2) с динамической системой Калоджеро. Эта система, хорошо известная как нетривиальный пример вполне интегрируемой гамильтоновой системы, в данном контексте интересна тем, что координаты и импульсы являются алгебраическими функциями времени, причём порядки подвижных точек ветвления можно вычислить явно. В рамках численных экспериментов обнаружено, что условия применимости метода требуют дополнительных оговорок, связанных с исключением точек суперсходимости.

Об авторах

Али Баддур

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: alibddour@gmail.com

Кафедра прикладной информатики и теории вероятностей

ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, Россия

Михаил Дмитриевич Малых

Российский университет дружбы народов

Email: malykhmd-md@rudn.ru

доктор физико-математических наук, доцент кафедры прикладной информатики и теории вероятностей

ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, Россия

Александр Анатольевич Панин

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: a-panin@yandex.ru

Кафедра математики физического факультета

Ленинские горы, Москва, 119991, Россия

Леонид Антонович Севастьянов

Российский университет дружбы народов

Email: sevastianov-la@rudn.ru

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры прикладной информатики и теории вероятностей

ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, Россия

Список литературы

  1. W. A. Stein, Sage Mathematics Software (Version 6.7), The Sage Development Team, 2015.
  2. W. W. Golubev, Vorlesungen über Differentialgleichungen im Komplexen. Berlin: VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1958.
  3. P. Painlevé, “Leçons sur la theorie analytique des equations differentielles,” in Œuvres de Paul Painlevé. 1973, vol. 1.
  4. C. L. Siegel and J. Moser, Lectures on Celestial Mechanics. Springer, 1995.
  5. E. A. Al’shina, N. N. Kalitkin, and P. V. Koryakin, “Diagnostics of singularities of exact solutions in computations with error control,” Computational Mathematics and Mathematical Physics, vol. 45, no. 10, pp. 1769-1779, 2005.
  6. A. A. Belov, “Numerical detection and study of singularities in solutions of differential equations,” Doklady Mathematics, vol. 93, no. 3, pp. 334- 338, 2016. doi: 10.1134/S1064562416020010.
  7. A. A. Belov, “Numerical diagnostics of solution blowup in differential equations,” Computational Mathematics and Mathematical Physics, vol. 57, no. 1, pp. 122-132, 2017. doi: 10.31857/S004446690002533-7.
  8. M. O. Korpusov, D. V. Lukyanenko, A. A. Panin, and E. V. Yushkov, “Blow-up for one Sobolev problem: theoretical approach and numerical analysis,” Journal of Mathematical Analysis and Applications, vol. 442, no. 2, pp. 451-468, 2016. doi: 10.26089/NumMet.v20r328.
  9. M. O. Korpusov, D. V. Lukyanenko, A. A. Panin, and E. V. Yushkov, “Blow-up phenomena in the model of a space charge stratification in semiconductors: analytical and numerical analysis,” Mathematical Methods in the Applied Sciences, vol. 40, no. 7, pp. 2336-2346, 2017. doi: 10.1002/mma.4142.
  10. M. O. Korpusov and D. V. Lukyanenko, “Instantaneous blow-up versus local solvability for one problem of propagation of nonlinear waves in semiconductors,” Journal of Mathematical Analysis and Applications, vol. 459, no. 1, pp. 159-181, 2018. doi: 10.1016/j.jmaa.2017.10.062.
  11. M. O. Korpusov, D. V. Lukyanenko, A. A. Panin, and G. I. Shlyapugin, “On the blow-up phenomena for a one-dimensional equation of ion-sound waves in a plasma: analytical and numerical investigation,” Mathematical Methods in the Applied Sciences, vol. 41, no. 8, pp. 2906-2929, 2018. doi: 10.1002/mma.4142.
  12. A. Baddour and M. D. Malykh. (2019). Cros for sage, RUDN, [Online]. Available: https://malykhmd.neocities.org.
  13. H. Airault, “Rational solutions of Painlevé equations,” Stud. Appl. Math., vol. 61, no. 1, pp. 31-53, 1979. doi: 10.1002/sapm197961131.
  14. (2019). Nist digital library of mathematical functions. version 1.0.25, The National Institute of Standards and Technology, [Online]. Available: http://dlmf.nist.gov.
  15. J. Moser, Integrable Hamiltonian Systems and Spectral Theory. Edizioni della Normale, 1983.

© Баддур А., Малых М.Д., Панин А.А., Севастьянов Л.А., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах