版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、:1000-4424(2006)01-0079-08O1引言非线性S方程在物理学(如非线性光学Q等离子物理学)的应用中扮演()chrodingerNPS着重要的角色,因此最近二十年来对该方程进行了大量的研究R在数值求解方面,也已提出了许多方法,其中包括文S总结和提出了五个有限差分格式,提出了一种三层七点格1TS2T式,提出了US3,4T-V格式和加权格式R本文将讨论更一般的广义非线性Schrodinger方程:()WNPSaY_YYb0,c,0eZgh,dececfXZY(c,Z)bY(c,Z)b0,0eZgh,dfY(c,0)bY(c),c,0dececf这里是实数,是正的实数R,_ai用(
2、式乘以i用(式乘以得到实部部分,则(式1.1)1.1)1.1)j(1.3)Y得到虚部部分,XZ有着如下的关系:(1.1)(1.2)(1.3)收稿日期:2004-02-20基金项目:国家自然科学基金(教育部高等学校博士点基金(10471079);20030422049)dGQ=高校应用数学学报e辑|u|dx=constant,p|u|+|u|E=+2RR第21卷第1期(1.4)dx=constant.A2差分格式及其守恒量对平面区域B做网格剖分,取空间步长时间步长为,EFBG,=(Ix)J,xxHExxKLCDDC为网比记N为原问题其中x=x+M,=N=G,1,O,KPN=1,2,=,uxLLM
3、DMCNM2L(x)精确解u的近似,我们引入一些符号U(1.1)S(1.T)(,)xLMNQN+1N+1N+1NI1NI1NI12NI1uu+uuu+u,Vu=.M+1I2MMI1RM+1I2MMI1RxM2Q2Q(x)(x)对(式提出下面的差分格式U1.1)2N+1Vu=xMN+1NI12N+12NI1u+Vu=pVIxMxMRQLN+1N+1I2NI12N+12NI1I2NI1N+1NI1u|uuu+|uu+u|u.M|+|M|M|+O+|M|M|M|RMMRQQ+2定理X差分格式(关于离散电荷和离散能是守恒的,即2.1)NNI1GQ=Q=O=Q,NNI1GE=E=O=E.其中,NN+1N
4、Q=(YuY2+YuY2)J2,N+1+2N+2E=p(YuY+YuY)J2+x(|u+|u|).x|MZ+2M=GNN+1xNx这里KNN2MNxKYuY=xu|,YuY=xZ|ZM=GN+1NI1和将(式与做内积,然后取2.1)x(u+u)J2分别表示取实部和虚部,虚部部分得到U证其中,N+1NI1N+1NI1N+1NI1_=(uIu(u+u,YuY2IYuY2MM)MM)=Z2ML2L=GKK2N+12NI1N+1NI1=p(Vu+Vu(u+u=G,MM)xMxM)Z2M=GN+1N+1+2N+12NI1+2NI1|uu+O+|uu+|ua=cM|+|M|M|M|M|RQZ2M+2=GK
5、2+2(1.5)R(2.1)(2.2)(2.T)(2.4)K(2.5)M=GNNM+1M.x_+a=G.(2.b)_左进明等:广义非线性方程的一个新的守恒差分格式ZYiabeZn+1n-1n+1n-1(u+u(u+u.jj)jj)=01式中-把,式并令:,的表达式代入(2.6)u表示u的共轭,nn+1nQ=(u2+u2)/2,nn-1则可得Q递推之,即可得到(式.=Q,2.2)n+1n-1将(式与然后取实部部分得:2.1)(/2做内积,xu-u)+=0.其中,n+1n-1n+1n-1=R(u-u(u-u,jj)jj)=02tj=0(2.7)J2n+12n-1n+1n-1=Rp(u+u(u-u=
6、xjxj)jj)2j=0n+1n-1n+1n-1-Rp(u+uu-u=xx,xx)2j=0n+12n-12-p(u/2,x-ux)JJJn+1n+1-2n-12=R(|uuuj|+|j|j|+2+2j=0n+12n-1-2n-1n+1n-1n+1n-1|uu+|u)(u+u(u-uj|j|j|jj)jj)=n+1+2n-1+2x(|u-|u.j|j|)+2j=0把,式中,并令:,代入(2.7)n+1+2n+2E=p(u+u)/2+x(|u+|u|),j|j+2j=0nn-1则可得到E递推之,即可得到(式.=E,2.3)nn+1x2nx2JJO3差分格式的收敛性n当在(式中u的近似是收敛的,为了
7、证明这一点,定P0,P0时,2.1)(,)xtxtj对ujn义如下算子:22jn+1jn-1jn+1jn-1xxQu(x,t)-p+jn2t23S-222(|u(x,t)|+|u(x,t)|u(x,t)|+|u(x,t)|Tjn+1jn+1jn-1jn+1+2-2|u(x,t)|+|u(x,t)|)jn-1jn-1Qu=iuu+|u|u=0.t-p由U展开式得:VWXYZjn+1jn-1,2S(3.1)(3.2)2(u(x,t)(t)+jntt2u(x,t)=u(x,t)+(u(x,t)t+jn+1jnjnt=2高校应用数学学报>辑34(u(x,t)(t)+O(t),jnttt6u(x,
8、t)=u(x,t)-(u(x,t)t+jn-1jnjnt第21卷第1期2,t)(t)-(u(xjntt234(u(x,t)(t)+O(t),jnttt6u(x,t)=u(x,t)+(u(x,t)t+(u(x,t)x+j+1n+1jnjntjnx2(u(x,t)(t)+jntt222(u(x,t)(x)+(u(x,t)xt+(u(x,t)x(t)+jnxxjnxtjnxtt22233(u(x,t)(x)t+(u(x,t)(x)+(u(x,t)(t)+jnxxtjnxxxjnttt26644(O(x)+O(t),u(x,t)=u(x,t)+(u(x,t)t-(u(x,t)x+j-1n+1jnjnt
9、jnx2(u(x,t)(t)+jntt222(u(x,t)(x)-(u(x,t)xt-(u(x,t)x(t)+jnxxjnxtjnxtt22233,t)(x)t-(,t)(x)+(,t)(t)+(u(xu(xu(xjnxxtjnxxxjnttt26644(O(x)+O(t),t)=u(x,t)-(u(x,t)t+(u(x,t)x+u(xj+1n-1jnjntjnx2(u(x,t)(t)+jntt222(u(x,t)(x)-(u(x,t)xt+(u(x,t)x(t)-jnxxjnxtjnxtt22233(u(x,t)(x)t+(u(x,t)(x)-(u(x,t)(t)+jnxxtjnxxxjnt
10、tt26644(O(x)+O(t),u(x,t)=u(x,t)-(u(x,t)t-(u(x,t)x+j-1n-1jnjntjnx2(u(x,t)(t)+jntt222(u(x,t)(x)+(u(x,t)xt-(u(x,t)x(t)-jnxxjnxtjnxtt22233(u(x,t)(x)t-(u(x,t)(x)-(u(x,t)(t)+jnxxtjnxxxjnttt26644(O(x)+O(t).则差分格式的截断误差为:322244Lu(x,t)-Lu=u(t)-u(t)-u(x)+(O(x)+O(t).jntttxxttxxxx62123故在网格比确定的情况下,当该问题是收敛的.0,0时,L(
11、,)-L0,xtuxtujn<4差分格式的稳定性构造格式时需要证明计算过程中的误差影响,如果计算过程的误差保持有界或消失,就U左进明等:广义非线性R方程的一个新的守恒差分格式cSToViWXeTQ3说明它是稳定的,否则就是不稳定的.如果格式不稳定,即使收敛性是满足的,这个方案也是无用的.2让r则(可转化为:=t/(x),2.1)n+1n-1n+1n+1n+1n-1n-1n-1i(u-u=pr(uu+uu+u)-jj)j+1-2jj-1+uj+1-2jj-1n+1-2n-12n+12n-1-2n-1n+1n-1|uuuu+|u)(u+u,j|j|+|j|j|j|jj)即n+1(t)(|uj
12、|+2(4.1)i+2pr+n+1n+1-2n-12n+12n-1-2(t)(|uuuuu+j|+|j|j|+|j|j|+2n-1n+1)u+-i+2pr+|uj|jn+1n+1-2n-12(t)(|uuuj|+|j|j|+2n+12n-1-2n-1n-1n+1n+1n-1n-1|uu+|u)u-pr(u)=0.j|j|j|jj+1+uj-1+uj+1+uj-1nnixixj代换u并除去e得到=Vej,j(4.2)i+2pr+n+1n+1n-12n+12n-1-2(t)(|V|+|V|-2|V|+|V|V|+2n-1n+1|V|V+-i+2pr+n+1n+1-2n-12(t)(|V|+|V|V
13、|+2n+12n-1n-1n-1n+1n-1|V|-2+|V|V-2prcos(x)(V+V)=0.|V(4.3)n-1n+1对于项V从(式可以看出它们的系数是递减的,由稳定性的定义,4.3)V是有界的,可知该差分格式是稳定的.HI数值分析式两边同乘以则可转化为:(2.1),tn+1n-1n+1n+1n+1n-1n-1n-1i(u-u-pr(uu+uu+u)+jj)j+1-2jj-1+uj+1-2jj-1n+1(t)(|uj|+2n+1-2n-12n+12n-1-2n-1n+1n-1|uuuu+|u)(u+u=0,j|j|+|j|j|j|jj)那么可得到下面的线性方程组:n+1n+1n+1n+
14、1n+1n+1n+1+LJjuj+1+Kjujjuj-1=Mj.n+1其中,J=-pr,jn+1K=i+2pr+jn+1L=-pr,jn+1n-1M=prui-2pr-jj+1+(I.1)(I.2)n+1n+1-2n-12n+12n-1-2n-1(t)(|uuuuu+|u),j|+|j|j|+|j|j|j|+2n+1n+1-2n-12(t)(|uuuj|+|j|j|+2n+12n-1-2n-1n-1n-1|uu+|u)u+pru.j|j|j|jj-1将(式写成矩阵的形式I.2)NO=P,(I.3)kZ其中,高校应用数学学报l辑第21卷第1期1BA1C=T=BN-1A0.B2=A=CBNN
15、15;NTn+1n+1n+1n+1,u,dQ=uD=d1,N,1,N.11n+1n+1-2n-12到u然后用本文的差分格式来处理即可.对于项|,uuujj|+|j|j|+n+12n-1-2n-1n-1nn+1n+1nn-1我们可用u的外插对u|uu+|uu=2u,j|j|j|,j和ujj进行赋值:jj+uj就可以得到理想的结果.LM数值算例现在我们将考虑如下算例:取u=-1,=2,=2.(,0)=Q(+10)2(+NOPRSTPRUVWP则该问题的孤立子解为:10),=-P=15,PXYu(P,t)=QRST(P+10-Zt)RUV2W(P+10)-3Wt.(M.1)取取式精确解差的范数,列于
16、=0.1,=0.05,0.01两种情况来计算数值解和(M.1)表1和表2其中包括文中提到的格式,文中提出的一种守恒(1-()2_abWScdQcb)的e格式和本文提出的守恒e对称格式)-:TRRdRfRdgRfRVcWhTRRdRfRdgWUVcWh表1=0.1,=0.05nt-_abWScdQc-eTRRdRfRdgRfRVcWh2-eTRRdRfRdgWUVcWh左进明等:广义非线性S方程的一个新的守恒差分格式chrodinger表2h=0.1,=0.01nt85-CrankNicolson1-ThreelevelSevenpoint2-ThreelevelSixpoint从表中可以看出,
17、本文的格式优于上面的C-rankNicolson格式和ThreelevelSeven格式.而且本文的格式是守恒的,对于非守恒的格式,在计算中容易出现非线性的"爆point2,5现象炸".参考文献:1T,Ab.AnahaTRlowitzMJalyticalandnumericalaspectsofcertainnonlinearevolution,.,1984,55:203-230.equationsIINumericalNonlinearSchrodingerEquationJJComputPhys2Z,P-.NuhangFeiérezGgarciaVM,Vdzq
18、uezemericalsimulationofnonlinearSchrodinger:.,1995,71:165-177.systemsanewconservativeschemeJApplMathComput3Z,.-hangTiandeCaofingPriceGg,etalApplicationsofthePRschemeforgeneralizednonlinear.,1999,14:SchrodingerequationsinsolvingsolitonsolutionsJApplMathJChinesehnivSeri21-29.4Z,C,.hanTiandeaofingPriceGg,etalApplicationsoftheweightedschemeforGNeSequations.,1998,5k3l:525-541.insolvingsolitonsolutionsJjoreanJComputApplMath5S-anzSernaJM,VerwerJG.Conservativeandnonconservativeschemesforthesolutionofthe.I,1986,6:25-42.nonlinearSchrmdingerequationJMAJ
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024年建筑安装工程承包合同
- 2024年度新能源发电EPC施工合同
- 股票课件教学课件
- 2024年城市规划地形测绘专项协议
- 2024年度旅游景区开发合同
- 2024年企业信息安全服务合同
- 2024年度CRM系统服务合同:提供销售合同管理专业支持
- 2024年亚太地区进出口合作协议
- 2024基于物联网技术的服务合同研究
- 2024年度煤炭供应合同
- 生活中的工业设计智慧树知到期末考试答案章节答案2024年南开大学
- 化妆品生产工艺验证报告范文模板-新规要求工艺参数及关键控制点验证
- AutoCAD 2018基础教程综合实例
- 服务类验收单
- 城市管理大数据平台 第2部分:数据分级分类
- 工程施工合同履约课件
- 《整式的加减》第1课时 教学设计
- 医院科研工作计划及实施方案
- 桥梁结构健康监测系统实施和验收规范
- 2024安徽交控集团所属企业校园招聘笔试参考题库附带答案详解
- 退休项目经理返聘合同-工程管理
评论
0/150
提交评论