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.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
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
hh发布了新的文献求助10
刚刚
wanci应助毗昙采纳,获得10
3秒前
3秒前
youasheng完成签到,获得积分10
3秒前
祖之微笑发布了新的文献求助10
3秒前
冰冰完成签到 ,获得积分10
4秒前
lll完成签到,获得积分20
4秒前
5秒前
RoyZhang完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
酷波er应助忘记的微笑采纳,获得10
8秒前
8秒前
9秒前
9秒前
物质会发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
李爱国应助xll采纳,获得10
9秒前
苏我入鹿完成签到,获得积分10
10秒前
NexusExplorer应助平淡荟采纳,获得10
11秒前
北风南向发布了新的文献求助10
11秒前
等待薯片发布了新的文献求助10
12秒前
zz发布了新的文献求助10
12秒前
完美世界应助书白采纳,获得10
12秒前
12秒前
小竹笋发布了新的文献求助10
13秒前
丘比特应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
wanci应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
14秒前
顾矜应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
14秒前
酷波er应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
李健应助Travellers采纳,获得10
14秒前
14秒前
szcx应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
李佳然发布了新的文献求助10
15秒前
小蘑菇应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Effects of Two Weeks of Red Light Therapy on Choroidal Thickness and Axial Length in Young Adults 700
Positive Art Therapy Theory and Practice 600
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Key mechanistic insights into the intramolecular C-H bond amination and double bond aziridination in sulfamate esters catalyzed by dirhodium tetracarboxylate complexes 500
The Neuroscience of Language 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7671691
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9238772
关于积分的说明 19897778
捐赠科研通 7241180
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3285103
关于科研通互助平台的介绍 2443370
邀请新用户注册赠送积分活动 2287278