四阶时间分数波方程的快速紧致差分方法
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国家自然科学基金数学天元基金资助项目(12226340, 12226337, 12126321);湖南省自然科学基金资助项目(2022JJ50083);湖南省教育厅优秀青年基金资助项目(21B0550)


A Fast Compact Difference Method for Fourth-Order Time Fractional Wave Equations
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    摘要:

    对于四阶时间分数波方程,提出了一种快速紧致有限差分方法。该方法对时间Caputo导数采用H2N2方法进行离散,同时为了增加计算效率,采用了指数和来近似核t1-γ,并运用降阶法和差分法对空间导数项进行离散。并证明了该格式的收敛性,得出的空间收敛阶达到四阶,时间收敛阶达到了(3-γ)阶。最后,以数值算例验证了理论分析的有效性,得知该方法所需的CPU时间较短。

    Abstract:

    A fast compact finite difference method, which discretizes the time Caputo derivative by using the H2N2 method, is proposed for fourth-order time fractional wave equations. In view of an increase of the computational efficiency, the exponential sum is used to approximate the kernel t1-γ, with the order reduction method and difference method adopted to discretize the spatial derivative term, thus proving the convergence of the scheme, with a spatial convergence order of four and a temporal convergence order of(3-γ). Finally, numerical examples are used to verify the effectiveness of the theoretical analysis, and it is found that the CPU time required for this method is relatively short.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王 婉,张海湘,杨雪花.四阶时间分数波方程的快速紧致差分方法[J].湖南工业大学学报,2024,38(3):96-101.

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  • 收稿日期:2023-02-21
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  • 在线发布日期: 2024-04-24
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