О применении метода продолжения решения по экспоненциальному наилучшему аргументу для решения жёстких краевых задач
- Авторы: Цапко Е.Д.1, Леонов С.С.2,3, Кузнецов Е.Б.3
-
Учреждения:
- Акционерное общество «Межрегиональная энергосервисная компания «Энергоэффективные технологии»
- Российский университет дружбы народов
- Московский авиационный институт
- Выпуск: Том 31, № 4 (2023)
- Страницы: 375-386
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rudn.ru/miph/article/view/37517
- DOI: https://doi.org/10.22363/2658-4670-2023-31-4-375-386
- EDN: https://elibrary.ru/FPXPIV
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Процесс построения решения жёстких краевых задач пронизывает множество научных и инженерных дисциплин, требуя новаторских подходов для преодоления ограничений традиционных численных методов. В данном исследовании рассматривается реализация метода продолжения решения по наилучшему аргументу и модифицированному экспоненциальному наилучшему аргументу для решения жёстких задач, характеризующихся быстрорастущими интегральными кривыми. Исследование проводилось путём сравнения эффективности и устойчивости нового подхода с традиционным методом стрельбы. Результаты показывают значительное улучшение вычислительной эффективности при преобразовании задачи к экспоненциальному наилучшему аргументу. Особенно хорошо этот метод проявляет себя в сценариях, где интегральные кривые демонстрируют экспоненциальную скорость роста. Одним из ключевых выводов этого исследования является важная роль параметра регуляризации, выбор которого может определять эффективность решения. В целом, данное исследование предлагает новаторский метод решения жёстких краевых задач и подчёркивает тонкости выбора метода, что может указать путь для дальнейших усовершенствований и применений в различных областях.
Об авторах
Е. Д. Цапко
Акционерное общество «Межрегиональная энергосервисная компания «Энергоэффективные технологии»
Автор, ответственный за переписку.
Email: zapkokaty@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4215-3510
Support engineer for Visiology platform
ул. Семашко, д. 12, стр. 8, Нижний Новгород, 603155, Российская ФедерацияС. С. Леонов
Российский университет дружбы народов; Московский авиационный институт
Email: powerandglory@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6077-0435
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant Professor of Nikolsky Mathematical Institute of Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba; Assistant Professor of Department of Mechatronics and Theoretical Mechanics of Moscow Aviation Institute
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, Российская Федерация; Волоколамское шоссе, д. 4, Москва, 125993, Российская ФедерацияЕ. Б. Кузнецов
Московский авиационный институт
Email: kuznetsov@mai.com
ORCID iD: 0000-0002-9452-6577
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of Department of Mechatronics and Theoretical Mechanics
Волоколамское шоссе, д. 4, Москва, 125993, Российская ФедерацияСписок литературы
- E. Hairer and G. Wanner, Solving ordinary differential equations, II: stiff and differential-algebraic problems. Berlin: Springer-Verlag, 1996.
- U. M. Ascher and L. R. Petzold, Computer methods for ordinary differential equations and differential-algebraic equations. Philadelphia, PA: Society for Industrial and Applied Mathematics, 1998. DOI: 10. 1137/1.9781611971392.
- K. Dekker and J. G. Verwer, Stability of Runge-Kutta methods for stiff nonlinear differential equations. North-Holland, Amsterdam, New York, Oxford, 1984.
- V. I. Shalashilin and E. B. Kuznetsov, Parametric continuation and optimal parametrization in applied mathematics and mechanics. Dordrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers, 2003.
- E. B. Kuznetsov, S. S. Leonov, and E. D. Tsapko, “Applying the best parameterization method and its modifications for numerical solving of some classes of singularly perturbed problems,” vol. 274, 2022, pp. 311- 330. doi: 10.1007/978-981-16-8926-0_21.
- E. B. Kuznetsov, S. S. Leonov, and E. D. Tsapko, “A new numerical approach for solving initial value problems with exponential growth integral curves,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, AMMAI’2020, IOP Publishing, 2020. doi: 10.1088/1757899X/927/1/012032.
- K. W. Chang and F. A. Howes, Nonlinear singular perturbation phenomena: theory and application. New York: Springer, 1984.
- R. Temam, Navier-Stokes Equations: theory and numerical analysis. AMS Chelsea Publishing, 1997.
- H. Schlichting and K. Gersten, Boundary-layer theory. Springer, 2016. [10] P. Wesseling, Principles of computational fluid dynamics. Springer, 2009.
- G. A. Dahlquist, “A special stability problem for linear multistep methods,” BIT Numerical Mathematics, vol. 3, no. 1, pp. 27-43, 1963. doi: 10.1007/BF01963532.
- E. B. Kuznetsov, S. S. Leonov, and E. D. Tsapko, “Estimating the domain of absolute stability of a numerical scheme based on the method of solution continuation with respect to a parameter for solving stiff initial value problems,” Computational Mathematics and Mathematical Physics, vol. 63, no. 4, pp. 557-572, 2023. doi: 10.1134/S0965542523040115.