Numerical viscosity solutions to Hamilton-Jacobi equations via a Carleman estimate and the convexification method

哈密顿-雅可比方程 数学 粘度溶液 凸性 数学分析 粘度 应用数学 边值问题 数值分析 物理 量子力学 金融经济学 经济
作者
Michael V. Klibanov,Loc H. Nguyen,Hung V. Tran
出处
期刊:Journal of Computational Physics [Elsevier BV]
卷期号:451: 110828-110828 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jcp.2021.110828
摘要

We propose a globally convergent numerical method, called the convexification, to numerically compute the viscosity solution to first-order Hamilton-Jacobi equations through the vanishing viscosity process where the viscosity parameter is a fixed small number. By convexification, we mean that we employ a suitable Carleman weight function to convexify the cost functional defined directly from the form of the Hamilton-Jacobi equation under consideration. The strict convexity of this functional is rigorously proved using a new Carleman estimate. We also prove that the unique minimizer of the this strictly convex functional can be reached by the gradient descent method. Moreover, we show that the minimizer well approximates the viscosity solution of the Hamilton-Jacobi equation as the noise contained in the boundary data tends to zero. Some interesting numerical illustrations are presented.

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