Improved Uniform Error Bounds on Time-Splitting Methods for Long-Time Dynamics of the Nonlinear Klein--Gordon Equation with Weak Nonlinearity

离散化 无量纲量 振荡(细胞信号) 非线性系统 数学分析 数学 振幅 订单(交换) 指数函数 克莱恩-戈登方程 物理 数学物理 量子力学 遗传学 生物 经济 财务
作者
Weizhu Bao,Yongyong Cai,Yue Feng
出处
期刊:SIAM Journal on Numerical Analysis [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:60 (4): 1962-1984 被引量:14
标识
DOI:10.1137/21m1449774
摘要

We establish improved uniform error bounds on a second-order Strang time-splitting method which is equivalent to an exponential wave integrator for the long-time dynamics of the nonlinear Klein--Gordon equation (NKGE) with weak cubic nonlinearity, whose strength is characterized by $\varepsilon^2$ with $0 < \varepsilon \leq 1$ a dimensionless parameter. Actually, when $0 < \varepsilon \ll 1$, the NKGE with $O(\varepsilon^2)$ nonlinearity and $O(1)$ initial data is equivalent to that with $O(1)$ nonlinearity and small initial data, the amplitude of which is at $O(\varepsilon)$. We begin with a semidiscretization of the NKGE by the second-order time-splitting method and derive a full-discretization by the Fourier spectral method in space. Employing the regularity compensation oscillation technique which controls the high frequency modes by the regularity of the exact solution and analyzes the low frequency modes by phase cancellation and energy method, we carry out the improved uniform error bounds at $O(\varepsilon^2\tau^2)$ and $O(h^m+\varepsilon^2\tau^2)$ for the second-order semidiscretization and full-discretization up to the long time $T_\varepsilon = T/\varepsilon^2$ with $T$ fixed, respectively. Extensions to higher-order time-splitting methods and the case of an oscillatory complex NKGE are also discussed. Finally, numerical results are provided to confirm the improved error bounds and to demonstrate that they are sharp.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
2秒前
海韵_Tom完成签到,获得积分10
2秒前
灿华完成签到 ,获得积分10
3秒前
小醒完成签到,获得积分10
10秒前
科研通AI2S应助wwl199823采纳,获得10
10秒前
YU完成签到,获得积分10
14秒前
future完成签到 ,获得积分10
17秒前
cctv18应助lfl采纳,获得10
17秒前
21秒前
研友_VZG7GZ应助Dave采纳,获得10
21秒前
荼荼完成签到,获得积分10
25秒前
天光完成签到,获得积分10
27秒前
bkagyin应助无情修杰采纳,获得10
30秒前
shinysparrow举报小小求助涉嫌违规
32秒前
彭于晏应助gggyyy采纳,获得10
33秒前
Lucas应助帅气香芦采纳,获得10
34秒前
在水一方应助YU采纳,获得10
34秒前
在水一方应助Dave采纳,获得10
35秒前
35秒前
mint完成签到,获得积分10
36秒前
39秒前
慕青应助lfl采纳,获得10
40秒前
41秒前
英俊的铭应助Dave采纳,获得10
45秒前
gggyyy发布了新的文献求助10
46秒前
liuzm完成签到,获得积分10
47秒前
丘比特应助王大飞采纳,获得10
48秒前
48秒前
秀丽煎蛋关注了科研通微信公众号
50秒前
机灵的煎蛋完成签到 ,获得积分10
50秒前
vhgbl发布了新的文献求助10
53秒前
54秒前
54秒前
54秒前
54秒前
57秒前
慧19960418发布了新的文献求助10
59秒前
王大飞发布了新的文献求助10
59秒前
qdange发布了新的文献求助10
59秒前
1分钟前
高分求助中
Teaching Social and Emotional Learning in Physical Education 900
Recherches Ethnographiques sue les Yao dans la Chine du Sud 500
Plesiosaur extinction cycles; events that mark the beginning, middle and end of the Cretaceous 500
Two-sample Mendelian randomization analysis reveals causal relationships between blood lipids and venous thromboembolism 500
Chinese-English Translation Lexicon Version 3.0 500
[Lambert-Eaton syndrome without calcium channel autoantibodies] 440
薩提亞模式團體方案對青年情侶輔導效果之研究 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2388639
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2094819
关于积分的说明 5274498
捐赠科研通 1821785
什么是DOI,文献DOI怎么找? 908696
版权声明 559437
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 485524