抽象空间中非线性Volterra泛函微分方程的数值稳定性分析

论文摘要

泛函微分方程广泛出现于生物学、物理学、经济及社会学、控制论及工程技术等诸多领域。其算法理论的研究对推动这些科技领域的发展无疑非常重要。近年来，泛函微分方程，特别是其特例——延迟微分方程的算法理论的研究得到了很大发展，获得了丰硕成果，这些成果可参见Barwell，Bellen，Torelli，Zennaro，Spijker，Watanabe，Roth，in’t Hout，Baker，Paul，Koto，Iserles以及李寿佛，匡蛟勋，刘明珠，黄乘明，张诚坚，田红炯，胡广大，甘四清等人的工作。但这些工作局限于讨论有限维内积空间中的初值问题，是以内积范数和单边Lipschitz条件为基础的。然而，科学与工程技术中还存在大量刚性问题，尽管问题本身是整体良态的，但当使用内积范数时，其最小单边Lipschitz常数却不可避免地取非常巨大的正值。因此，突破内积范数和单边Lipschitz常数的局限去建立泛函微分方程及其数值方法的理论是一项非常迫切而又富有意义的工作。 本文研究求解Banach空间中Volterra泛函微分方程的几类常用数值方法的非线性稳定性以及Hilbert空间中Volterra泛函微分方程及其数值方法的散逸性。所获主要结果如下： （1） 提出了Banach空间中的Volterra泛函微分方程试验问题类Dλ*（α，β，μ1，μ2）和Dλ*，δ（α，β，μ1，μ2），获得了理论解的一系列稳定性结果，并获得了D0（α，β，μ1，μ2）类问题的基于对数矩阵范数的条件估计。这些结果是文献中已有的关于Banach空间中常微分方程初值问题类K（μ，λ*）和K（μ，λ*，δ）及泛函微分方程问题类D0（α，β，μ1，μ2）的相应结果的推广。 （2） 获得了求解Banach空间中D0，0（α，β，μ1，μ2）类非线性Volterra泛函微分方程初值问题的θ—方法的一系列数值稳定性结果。这些结果适用于延迟微分方程，积分微分方程及实际问题中遇到的各种类型的泛函微分方程，同时还包含当α+β＞0时的稳定性结果，因而比文献中已有的关于θ—方法的数值稳定性结果更为一般和深刻。同时还首次给出了Banach空间中非线性Volterra泛函微分方程θ—方法的数值渐近稳定性结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 序论
• 1.1 历史背景及意义
• 1.2 本文的工作
• 第二章 Banach空间中的试验问题类及其性质
• λ*（α,β,μ₁,μ₂）及D_λ*,δ（α,β,μ₁,μ₂）'>2.1 试验问题类D_λ*（α,β,μ₁,μ₂）及D_λ*,δ（α,β,μ₁,μ₂）
• 2.2 基于对数矩阵范数的条件估计
• 2.3 试验问题举例
• 第三章 θ-方法稳定性分析
• 3.1 θ-方法的描述
• 3.2 θ-方法稳定性准则
• 3.3 θ-方法的渐近稳定性
• 3.4 应用举例
• 第四章 一类多步方法的稳定性
• 4.1 方法描述
• λ*（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性'>4.2 关于问题类D_λ*（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性
• λ*,δ（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性'>4.3 关于问题类D_λ*,δ（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性
• 4.4 数值试验
• 第五章 显式和对角隐式Runge-Kutta方法的稳定性
• 5.1 方法描述
• λ*（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性'>5.2 关于问题类D_λ*（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性
• λ*,δ（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性'>5.3 关于问题类D_λ*,δ（α,β,μ₁,μ₂）的稳定性
• 5.4 方法举例及数值试验
• 第六章 Hilbert空间中非线性泛函微分方程的散逸性研究
• 6.1 问题的提出
• 6.2 非线性泛函微分方程的散逸性
• 6.3 应用于延迟微分方程及积分微分方程
• 第七章 一类求解分段变延迟微分动力系统的线性多步法的散逸性
• 7.1 试验问题的散逸稳定性
• 7.2 线性多步法的散逸性
• 7.3 数值试验
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间已发表和完成的论文
• 致谢