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
ZHEN发布了新的文献求助10
刚刚
1秒前
王哪逃完成签到,获得积分10
1秒前
乐乐应助王智采纳,获得10
1秒前
Rui完成签到,获得积分20
2秒前
2秒前
3秒前
小云完成签到,获得积分10
3秒前
科目三应助软软萌萌采纳,获得10
3秒前
3秒前
淡定无施完成签到,获得积分10
5秒前
guojingjing发布了新的文献求助10
5秒前
tian发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
阔达德天完成签到,获得积分10
6秒前
傲娇衬衫完成签到,获得积分10
7秒前
7788完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
yxsoon发布了新的文献求助10
9秒前
耐磨材料发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
龚成明发布了新的文献求助30
9秒前
CipherSage应助Xiaopan采纳,获得10
10秒前
李大能完成签到,获得积分10
11秒前
星星蘸大酱完成签到,获得积分10
12秒前
trump发布了新的文献求助10
13秒前
coldzer0完成签到,获得积分10
14秒前
小云发布了新的文献求助10
14秒前
www完成签到,获得积分10
14秒前
初晨完成签到,获得积分10
15秒前
可靠板栗完成签到,获得积分10
16秒前
llhgf完成签到,获得积分10
16秒前
乐乐应助叫我清风采纳,获得10
16秒前
17秒前
kb发布了新的文献求助10
17秒前
所所应助南枝采纳,获得10
18秒前
0001发布了新的文献求助10
19秒前
在水一方应助JJZZ采纳,获得10
20秒前
可爱的函函应助吕佳丽采纳,获得20
21秒前
充电宝应助余香采纳,获得10
22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
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Emmy Noether's Wonderful Theorem 1200
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
基于非线性光纤环形镜的全保偏锁模激光器研究-上海科技大学 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Research Methods for Business: A Skill Building Approach, 9th Edition 500
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6412165
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8231277
关于积分的说明 17469708
捐赠科研通 5464964
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2887490
邀请新用户注册赠送积分活动 1864253
关于科研通互助平台的介绍 1702915