Error Analysis of a First-Order IMEX Scheme for the Logarithmic Schrödinger Equation

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作者
Li-Lian Wang,Jingye Yan,Xiaolong Zhang
出处
期刊:SIAM Journal on Numerical Analysis [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:62 (1): 119-137 被引量:1
标识
DOI:10.1137/22m1503543
摘要

.The logarithmic Schrödinger equation (LogSE) has a logarithmic nonlinearity \(f(u)=u\ln |u|^2\) that is not differentiable at \(u=0\). Compared with its counterpart with a regular nonlinear term, it possesses richer and unusual dynamics, though the low regularity of the nonlinearity brings about significant challenges in both analysis and computation. Among very limited numerical studies, the semi-implicit regularized method via regularizing \(f(u)\) as \( u^{\varepsilon }\ln ({\varepsilon }+ |u^{\varepsilon }|)^2\) to overcome the blowup of \(\ln |u|^2\) at \(u=0\) has been investigated recently in the literature. With the understanding of \(f(0)=0,\) we analyze the nonregularized first-order implicit-explicit scheme for the LogSE. We introduce some new tools for the error analysis that include the characterization of the Hölder continuity of the logarithmic term, and a nonlinear Grönwall's inequality. We provide ample numerical results to demonstrate the expected convergence. We position this work as the first to study the direct linearized scheme for the LogSE as far as we can tell.Keywordslogarithmic Schrödinger equationlocally Hölder continuitynondifferentiabilitynonlinear Grönwall's inequalityMSC codes65N3565N2265F0535J05
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