D α t u ( t ) = f ( t ) , α ∈ ( 0 , 1 ) , 0 < t < T ,
(1.1)
D α t u ( t ) = M ( α ) 1 − α ∫ t 0 u ′ ( τ ) exp ( − α t − τ 1 − α ) d τ ,
(1.2)
u ( t ) = u 0 exp ( λ α t M ( α ) − λ ( 1 − α ) ) ,
D α t u ( t ) = 1 Γ ( 1 − α ) ∫ t a u ′ ( τ ) ( t − τ ) α d τ .
(2.1)
D α t u ( t ) = M ( α ) 1 − α ∫ t a u ′ ( τ ) exp ( − α t − τ 1 − α ) d τ ,
(2.2)
在该节中, 考虑方程(1.2)的高阶快速算法, 在区间[ T ] 上取一组网格点Ω t := { t n , n = 0 , 1 , ⋯ , N } , 其中t 0 = 0 , t N = T , 并且h = T N , t k − 1 2 = t k − 1 + 1 2 h , I k = [ t k − 1 , t k ] , k = 1 , 2 , ⋯ , N .
∏ 2 , j + 1 u ( τ ) = u ( t j − 1 ) ( τ − t j ) ( τ − t j + 1 ) 2 h 2 + u ( t j ) ( τ − t j − 1 ) ( τ − t j + 1 ) − h 2 + u ( t j + 1 ) ( τ − t j − 1 ) ( τ − t j ) 2 h 2 .
D α t u ( t ) | t = t k = M ( α ) 1 − α ∫ t k 0 u ′ ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ = M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 u ′ ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ + M ( α ) 1 − α ∫ t k − 1 0 u ′ ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ = D I h ( t k ) + D I I h ( t k ) .
D I h ( t k ) = M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 u ′ ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ , D I I h ( t k ) = M ( α ) 1 − α ∫ t k − 1 0 u ′ ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ ,
D I h ( t k ) ≈ M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 [ ∏ 2 , k u ( τ ) ] ′ exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ = a k , k − 2 u ( t k − 2 ) + a k , k − 1 u ( t k − 1 ) + a k , k u ( t k ) ,
(3.1)
a k , k − 2 = M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 φ ′ k , k − 2 ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ , a k , k − 1 = M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 φ ′ k , k − 1 ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ , a k , k = M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 φ ′ k , k ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ , φ k , k − 2 ( τ ) = ( τ − t k − 1 ) ( τ − t k ) 2 h 2 , φ k , k − 1 ( τ ) = ( τ − t k − 2 ) ( τ − t k ) − h 2 , φ k , k ( τ ) = ( τ − t k − 2 ) ( τ − t k − 1 ) 2 h 2 .
D I I h ( t k ) = M ( α ) 1 − α ∫ t k − 1 0 u ′ ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ = M ( α ) 1 − α ∫ t k − 1 0 exp ( − α t k − τ 1 − α ) d u ( τ ) = M ( α ) 1 − α [ u ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) | t k − 1 0 − ∫ t k − 1 0 α 1 − α u ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ ] = M ( α ) 1 − α [ u ( t k − 1 ) exp ( − α h 1 − α ) − u ( 0 ) exp ( − α t k 1 − α ) − α 1 − α ∫ t k − 1 0 u ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) d τ ] .
(3.2)
H ( t k ) = ∫ t k − 1 0 exp ( − α t k − τ 1 − α ) u ( τ ) d τ ,
H ( t k ) = exp ( − α h 1 − α ) H ( t k − 1 ) + ∫ t k − 1 t k − 2 exp ( − α t k − τ 1 − α ) u ( τ ) d τ .
(3.3)
∫ t k − 1 t k − 2 exp ( − α t k − τ 1 − α ) u ( τ ) d τ ≈ ∫ t k − 1 t k − 2 exp ( − α t k − τ 1 − α ) ∏ 2 , k u ( τ ) d τ = ˆ a k , k − 2 u ( t k − 2 ) + ˆ a k , k − 1 u ( t k − 1 ) + ˆ a k , k u ( t k ) ,
ˆ a k , i = ∫ t k − 1 t k − 2 exp ( − α t k − τ 1 − α ) φ k , i d τ , i = k − 2 , k − 1 , k ,
D I I h ( t k ) ≈ M ( α ) 1 − α [ u ( t k − 1 ) exp ( − α h 1 − α ) − u ( 0 ) exp ( − α t k 1 − α ) − α 1 − α H ( t k ) ] ,
(3.4)
H ( t k ) = exp ( − α h 1 − α ) H ( t k − 1 ) + ˆ a k , k − 2 u ( t k − 2 ) + ˆ a k , k − 1 u ( t k − 1 ) + ˆ a k , k u ( t k ) , k ≥ 2.
L α h u k = ( a k , k − 2 u k − 2 + a k , k − 1 u k − 1 + a k , k u k ) + M ( α ) 1 − α [ exp ( − α h 1 − α ) u k − 1 − exp ( − α t k 1 − α ) u 0 − α 1 − α H ( t k ) ] .
(3.5)
u ( τ ) ≈ φ 1 , 0 ( τ ) u 0 + φ 1 , 1 ( τ ) u 1 2 + φ 1 , 2 ( τ ) u 1 ,
(3.6)
φ 1 , 0 ( τ ) = 2 ( τ − t 1 ) ( τ − t 1 2 ) h 2 , φ 1 , 1 ( τ ) = − 4 ( τ − t 0 ) ( τ − t 1 ) h 2 , φ 1 , 2 ( τ ) = 2 ( τ − t 0 ) ( τ − t 1 2 ) h 2 ,
u ( τ ) ≈ [ φ 1 , 0 ( τ ) + 3 8 φ 1 , 1 ( τ ) ] u 0 + [ φ 1 , 2 ( τ ) + 3 4 φ 1 , 1 ( τ ) ] u 1 − 1 8 φ 1 , 1 ( τ ) u 2 ≐ ω 0 ( τ ) u 0 + ω 1 ( τ ) u 1 + ω 2 ( τ ) u 2 ,
(3.8)
D α t u ( t ) | t = t 1 = M ( α ) 1 − α ∫ t 1 0 u ′ ( τ ) exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d τ ≈ M ( α ) 1 − α ∫ t 1 0 [ ω ′ 0 ( τ ) u 0 + ω ′ 1 ( τ ) u 1 + ω ′ 2 ( τ ) u 2 ] exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d τ = a 1 , 0 u 0 + a 1 , 1 u 1 + a 1 , 2 u 2 ≐ L α h u 1 , k = 1 ,
(3.9)
a 1 , i = M ( α ) 1 − α ∫ t 1 t 0 ω ′ i ( τ ) exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d τ , i = 0 , 1 , 2.
(3.10)
L α h u ( t k ) = f ( t k ) , k = 1 , 2 , ⋯ , N .
a 1 , 0 u 0 + a 1 , 1 u 1 + a 1 , 2 u 2 = f ( t 1 ) = λ ( u 1 − u 0 exp ( − α t 1 1 − α ) ) ,
( a 1 , 1 − λ ) u 1 + a 1 , 2 u 2 = − ( a 1 , 0 + λ exp ( − α t 1 1 − α ) ) u 0 .
σ = exp ( − α 1 − α ) , b 10 = a 1 , 0 + λ σ t 1 , b 11 = a 1 , 1 − λ , b 12 = a 1 , 2 ,
a 2 , 0 u 0 + a 2 , 1 u 1 + a 2 , 2 u 2 + M ( α ) 1 − α [ exp ( − α h 1 − α ) u 1 − exp ( − α t 2 1 − α ) u 0 − α 1 − α H ( t 2 ) ] = f ( t 2 ) = λ ( u 2 − exp ( − α t 2 1 − α ) u 0 ) ,
( a 2 , 1 + M ( α ) 1 − α exp ( − α h 1 − α ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 1 ) u 1 + ( a 2 , 2 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 2 − λ ) u 2 = − ( a 2 , 0 − M ( α ) 1 − α exp ( − α t 2 1 − α ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 0 + λ exp ( − α t 2 1 − α ) ) u 0 ,
b 20 = a 2 , 0 − M ( α ) ( 1 − α ) ( − σ t 2 ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 0 + λ σ t 2 , b 21 = a 2 , 1 − M ( α ) 1 − α σ h − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 1 ,
b 22 = a 2 , 2 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 2 − λ , b 21 u 1 + b 22 u 2 = − b 20 u 0 .
(4.2)
( a 3 , 1 u 1 + a 3 , 2 u 2 + a 3 , 3 u 3 ) + M ( α ) 1 − α [ exp ( − α h 1 − α ) u 2 − exp ( − α t 3 1 − α ) u 0 − α 1 − α H ( t 3 ) ] = f ( t 3 ) = λ ( u 3 − u 0 exp ( − α t 3 1 − α ) ) ,
H ( t 3 ) = exp ( − α h 1 − α ) H ( t 2 ) + ˆ a 3 , 1 u 1 + ˆ a 3 , 2 u 2 + ˆ a 3 , 3 u 3 ,
[ a 3 , 1 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( ˆ a 2 , 1 exp ( − α h 1 − α ) + ˆ a 3 , 1 ) ] u 1 + [ a 3 , 2 + M ( α ) 1 − α exp ( − α h 1 − α ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( ˆ a 2 , 2 exp ( − α h 1 − α ) + a 3 , 2 ) ] u 2 + ( a 3 , 3 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 3 , 3 − λ ) u 3 = − [ M ( α ) 1 − α ( − exp ( − α t 3 1 − α ) ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 0 exp ( − α h 1 − α ) + exp ( − α t 3 1 − α ) ] u 0 ,
b 30 = M ( α ) 1 − α ( − σ t 3 ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 0 σ h + λ σ t 3 , b 31 = a 3 , 1 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( ˆ a 2 , 1 σ h + ˆ a 3 , 1 ) , b 32 = a 3 , 2 + M ( α ) 1 − α σ h − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( ˆ a 2 , 2 σ h + ˆ a 3 , 2 ) , b 33 = a 3 , 3 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 3 , 3 − λ ,
b 31 u 1 + b 32 u 2 + b 33 u 3 = − b 30 u 0 .
(4.3)
( a N , N − 2 u N − 2 + a N , N − 1 u N − 1 + a N , N u N ) + M ( α ) 1 − α [ exp ( − α h 1 − α ) u N − 1 − exp ( − α t N 1 − α ) u 0 − ( α ) 1 − α H ( t N ) ] = f ( t N ) = λ ( u N ) − u 0 exp ( − α t N 1 − α ) ,
H ( t N ) = exp ( − α h 1 − α ) H ( t N − 1 ) + ˆ a N , N − 2 u N − 2 + ˆ a N , N − 1 u N − 1 + ˆ a N , N u N = exp ( − ( N − 2 ) α h 1 − α ) ( ˆ a 2 , 0 u 0 + ˆ a 2 , 1 u 1 + ˆ a 2 , 2 u 2 ) + exp ( − ( N − 3 ) α h 1 − α ) ( ˆ a 3 , 1 u 1 + ˆ a 3 , 2 u 2 + ˆ a 3 , 3 u 3 ) + exp ( − ( N − 4 ) α h 1 − α ) ( ˆ a 4 , 2 u 2 + ˆ a 4 , 3 u 3 + ˆ a 4 , 4 u 4 ) + ⋯ + exp ( − 2 α h 1 − α ) ( ˆ a N − 2 , N − 4 u N − 4 + ˆ a N − 2 , N − 3 u N − 3 + ˆ a N − 2 , N − 2 u N − 2 ) + exp ( α h 1 − α ) ( ˆ a N − 1 , N − 3 u N − 3 + ˆ a N − 1 , N − 2 u N − 2 + ˆ a N − 1 , N − 1 u N − 1 ) + ( ˆ a N , N − 2 u N − 2 + ˆ a N , N − 1 u N − 1 + ˆ a N , N u N ) ,
[ − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( exp ( − ( N − 2 ) α h 1 − α ) ˆ a 2 , 1 + exp ( − ( N − 3 ) α h 1 − α ) ˆ a 3 , 1 ) ] u 1 + [ − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( exp ( − ( N − 2 ) α h 1 − α ) ˆ a 2 , 2 + exp ( − ( N − 3 ) α h 1 − α ) ˆ a 3 , 2 + exp ( − ( N − 4 ) α h 1 − α ) ˆ a 4 , 2 ) ] u 2 + [ − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( exp ( − ( N − 3 ) α h 1 − α ) ˆ a 3 , 3 + exp ( − ( N − 4 ) α h 1 − α ) ˆ a 4 , 3 ) ] u 3 + ⋯ + [ a N , N − 2 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( exp ( − 2 α h 1 − α ) ˆ a N − 2 , N − 2 + exp ( − α h 1 − α ) ˆ a N − 1 , N − 2 + ˆ a N , N − 2 ) ] u N − 2 + [ a N , N − 1 + M ( α ) 1 − α exp ( − α h 1 − α − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( exp ( − α h 1 − α ˆ a N − 1 , N − 1 + ˆ a N , N − 1 ) ] u N − 1 + [ a N , N − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a N , N − λ ] u N = − [ M ( α ) ( 1 − α ) ( − exp ( − α t N 1 − α ) ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 exp ( − ( N − 2 ) α h 1 − α ) ˆ a 2 , 0 + exp ( − α t N 1 − α ) ] u 0 ,
(4.4)
b i 0 = M ( α ) ( 1 − α ) ( − σ t i ) − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a 2 , 0 σ h i + λ σ t i , i = 4 , ⋯ , N , b i 1 = − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( ˆ a 2 , 1 σ ( 2 − i ) h + ˆ a 3 , 1 σ ( 3 − i ) h ) , i = 4 , ⋯ , N , b i 2 = − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( ˆ a 2 , 2 σ ( 2 − i ) h + ˆ a 3 , 2 σ ( 3 − i ) h + ˆ a 4 , 2 σ ( 4 − i ) h ) , i = 5 , ⋯ , N , b i i − 2 = a i , i − 2 − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( σ − 2 h ˆ a i − 2 , i − 2 + σ − h ˆ a i − 1 , i − 2 + ˆ a i , i − 2 ) , i = 4 , ⋯ , N , b i i − 1 = a i , i − 1 + M ( α ) σ h 1 − α − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ( σ − h ˆ a i − 1 , i − 1 + ˆ a i , i − 1 ) , i = 4 , ⋯ , N , b i i = a i , i − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a i , i − λ , i = 4 , ⋯ , N , ˜ f i = − b i 0 u 0 , i = 1 , ⋯ , N .
b 11 u 1 + b 12 u 2 = ˜ f 1 , b 21 u 1 + b 22 u 2 = ˜ f 2 , b 31 u 1 + b 32 u 2 + b 33 u 3 = ˜ f 3 , b 41 u 1 + b 42 u 2 + b 43 u 3 + b 44 u 4 = ˜ f 4 , ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ b N − 1 1 u 1 + ⋯ + b N − 1 N − 1 u N − 1 = ˜ f N − 1 , b N 1 u 1 + b N 2 u 2 + ⋯ + b N N − 1 u N − 1 + b N N u N = ˜ f N .
(4.5)
b 11 b 22 − b 21 b 12 > 0 , 和 b i i > 0 , i = 1 , 2 , ⋯ , N .
(4.6)
b k k = a k , k − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ˆ a k , k − λ = M ( α ) 1 − α ∫ t k t k − 1 exp ( − α t k − τ 1 − α ) d ω 1 ( τ ) − λ = M ( α ) 1 − α [ ω 1 ( τ ) exp ( − α t k − τ 1 − α ) | t k t k − 1 − ∫ t k − 1 t k − 2 α 1 − α φ k , k ( τ ) exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d τ ] − λ ≈ M ( α ) 1 − α [ 1 − α h 2 ( 1 − α ) ] − λ ,
(4.7)
b 12 = M ( α ) 1 − α ∫ t 1 t 0 ω ′ 2 ( τ ) exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d τ = M ( α ) 1 − α ∫ t 1 t 0 exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d ω 2 ( τ ) = M ( α ) 1 − α [ ω 2 ( τ ) exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) | t 1 t 0 − ∫ t 1 t 0 α 1 − α ω 2 ( τ ) exp ( − α t 1 − τ 1 − α ) d τ ] = 0 ,
(4.8)
b 21 = M ( α ) 1 − α ∫ t 2 t 1 φ ′ 2 , 1 ( τ ) exp ( − α t 2 − τ 1 − α ) d τ + c h M ( α ) 1 − α − α M ( α ) ( 1 − α ) 2 ∫ t 1 t 0 α 1 − α φ 2 , 1 ( τ ) exp ( − α t 2 − τ 1 − α ) d τ = α h M ( α ) ( 1 − α ) 2 exp ( − α h 1 − α ) ,
(4.9)
b 11 b 22 − b 21 b 12 = [ M ( α ) 1 − α ( 1 − α h 2 ( 1 − α ) ) − λ ] 2 > 0.
(4.10)
其中 U N − 2 = ( u 3 , u 4 , ⋯ , u N ) ⊤ , F N − 2 = ( ˜ f 3 , ˜ f 4 , ⋯ , ˜ f N ) ⊤ , B N − 2 = ( b i j ) , j ≤ i , i , j = 3 , ⋯ , N 是一个下三角矩阵, 由引理4.1可知, B N − 2 的所有对角线上的项都是正的, 因此, 线性方程组(4.12)有唯一解U N − 2 . 证毕.
R k = D α h u ( t k ) − L α h u ( t k ) , k = 1 , 2 , ⋯ , N ,
\begin{eqnarray*}\label{4.13} | R_{1}| &=&\bigg| \frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}u'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau -(a_{1,0}u_{0}+a_{1,1}u_{1}+a_{1,2}u_{2})\bigg| \\ &=&\bigg| \frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}u'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau \\ &&-\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}[\omega_{0}'(\tau)u_{0} +\omega_{1}'(\tau)u_{1}+\omega_{2}'(\tau)u_{2}]\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau\bigg| \\ &=&\bigg| \frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}u'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau-\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}[(\varphi_{1,0}(\tau)+\frac{3}{8}\varphi_{1,1}(\tau))'u_{0}\\ &&+(\varphi_{1,2}(\tau)+\frac{3}{4}\varphi_{1,1}(\tau))'u_{1}-\frac{1}{8}\varphi_{1,1}(\tau)'u_{2}]\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau\bigg| \\ &=&\bigg| \frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}u'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau-\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}(I_{1}u(\tau))'\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau\bigg| \\ &\leq&\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \int_{0}^{t_{1}}[u(\tau)-I_{1}u(\tau)]'\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau\bigg| \\ &=&\bigg| \frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{0}^{t_{1}}\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}[u(\tau)-I_{1}u(\tau)]\bigg| \\ &\leq&\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \frac{u'''(\xi)}{3!}(\tau-t_{0})(\tau-t_{\frac{1}{2}})(\tau-t_{1})\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha})\Big| _{t_{0}}^{{t_1}}\\ &&-\int_{0}^{t_{1}}\frac{u'''(\xi)}{3!}(\tau-t_{0})(\tau-t_{\frac{1}{2}})(\tau-t_{1}){\rm d} \exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha})\bigg| \\ &\leq&\frac{\alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}\bigg| \frac{u'''(\xi)}{3!}h^{3}\int_{0}^{t_{1}}{\rm d}\tau \bigg| =O(h^4). \end{eqnarray*}
(4.13)
\begin{eqnarray*} \label{4.14} &&u(\tau)-\prod_{2,k}u(\tau)=\frac{u'''(\xi)}{3!}(\tau-t_{k-1})(\tau-t_{k-2})(\tau-t_{k}), \xi\in (t_{k-2},t_{k}), \end{eqnarray*}
(4.14)
\begin{eqnarray*} \label{4.15} | R_{k}^{1}| &=&\bigg| \frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{t_{k-1}}^{t_{k}}u'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{k}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau -(a_{k,k-2}u_{k-2}+a_{k,k-1}u_{k-1}+a_{k,k}u_{k})\bigg| \\ &=&\bigg| \frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{t_{k-1}}^{t_{k}}u'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau -\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{t_{k-1}}^{t_{k}}[\prod_{2,k}u(\tau)]'\exp(-\alpha\frac{t_{k}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau\bigg| \\ &\leq& \frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \int_{t_{k-1}}^{t_{k}}[u(\tau)-\prod_{2,k}u(\tau)]'\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau\bigg| \\ &=&\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \int_{t_{k-1}}^{t_{k}}\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}[u(\tau)-\prod_{2,k}u(\tau)]\bigg| \\ &=&\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha})[u(\tau)-\prod_{2,k}u(\tau)]\Big| _{t_{k-1}}^{t_{k}}\\ &&-\frac{\alpha}{1-\alpha}\int_{t_{k-1}}^{t_{k}}\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha})[u(\tau)-\prod_{2,k}u(\tau)]{\rm d}\tau \bigg| \\ &=&\frac{\alpha M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \int_{t_{k-1}}^{t_{k}}\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha})[u(\tau)-\prod_{2,k}u(\tau)]{\rm d}\tau\bigg | \\ &=&\frac{\alpha M(\alpha)}{1-\alpha}\bigg| \int_{t_{k-1}}^{t_{k}}\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}) \frac{u'''(\xi)}{3!}(\tau-t_{k-1})(\tau-t_{k-2})(\tau-t_{k}){\rm d}\tau\bigg| \\ &\leq& \max\limits_{\xi\in(t_{k-2},t_{k})}\frac{| u'''(\xi)| }{3!}h^4\\ &=&O(h^4). \end{eqnarray*}
(4.15)
\begin{eqnarray*} &&\beta_{1}:=-b_{10}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha}), \beta_{2}:=-b_{20}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{2}}{1-\alpha}), \\ &&\beta_{i}:=-b_{i0}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{i}}{1-\alpha})-\sum\limits_{j=1}^{i-1}b_{ij}, \tilde{\beta}_{i}=b_{ii}-\lambda, i=3,4,\cdots,N, \\ && D=(b_{11}-\lambda)(b_{22}-\lambda)-b_{12}b_{21}, D_{1}=\beta_{1}(b_{22}-\lambda)-\beta_{2}b_{12}, D_{2}=\beta_{2}(b_{11}-\lambda)-\beta_{1}b_{21}, \end{eqnarray*}
\begin{eqnarray*} D&=&(b_{11}-\lambda)(b_{22}-\lambda)-b_{12}b_{21}\\ &=&\bigg(\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\int_{t_{0}}^{t_{1}}\omega_{1}'(\tau)\exp(-\alpha\frac{t_{1}-\tau}{1-\alpha}){\rm d}\tau-2\lambda \bigg) (a_{22}-\frac{\alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^{2}}\hat{\alpha}_{22}-2\lambda)-b_{12}b_{21}\\ &=&\bigg[\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}(1-\frac{\alpha h}{2(1-\alpha)})-2\lambda\bigg]^2 \neq0, \end{eqnarray*}
\exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha})<1, \lambda<0, -(b_{10}+b_{22})=\frac{\alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)}(\frac{\alpha h}{2(1-\alpha)}-1)(1+\sigma^{t_1})+\lambda-\sigma^{t_{1}}<0,
D_{1}-D=(b_{22}-\lambda)\bigg[-(b_{10}+b_{22})+\lambda(1-\exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha}))\bigg]<0,
\exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha})<1, b_{10}<0, b_{21}>0, \lambda<0,
-(b_{20}+b_{11})=\frac{\alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)}(\frac{\alpha h}{2(1-\alpha)}-1)(1+\sigma^{t_2})+\lambda-\sigma^{t_{2}}<0,
D_{2}-D=(b_{11}-\lambda)\bigg[-(b_{20}+b_{11})+\lambda(1-\exp(\frac{-\alpha t_{2}}{1-\alpha}))\bigg]-b_{21} \bigg[-b_{10}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha})\bigg]<0.
\begin{eqnarray*} b_{30} &=&-\frac{M(\alpha)}{1-\alpha)}\sigma^{t_3}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}\hat{a}_{2,0}\sigma^{3h}+\sigma^{t_{3}}\\ &=&-\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\sigma^{t_3}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}\int_{t_0}^{t_{1}}\exp(-\alpha\frac{t_{2}-\tau}{1-\alpha})\varphi_{2,0}(\tau){\rm d}\tau \sigma^{3h}+\sigma^{t_{3}}\\ &\approx&-\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\sigma^{t_3}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}\frac{h}{2}\exp(\frac{-2\alpha h}{1-\alpha})\sigma^{3h}+\sigma^{t_{3}}\\ &=&-\bigg[\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\sigma^{t_3}+\frac{ \alpha h M(\alpha)}{2(1-\alpha)^2}\exp(\frac{-2\alpha h}{1-\alpha})\sigma^{3h}-\sigma^{t_{3}}\bigg] <0, \end{eqnarray*}
\begin{eqnarray*} b_{31} &=&a_{3,1}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}(\hat{a}_{2,1}\sigma^{-h}+\hat{a}_{3,1})\\ &=&-\frac{\alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}\bigg[\frac{h}{2}\exp(\frac{-\alpha h}{1-\alpha})\sigma^{-h}+\frac{h}{2}\exp(\frac{-2\alpha h}{1-\alpha})\bigg]<0, \\ b_{32} &=&a_{3,2}-\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\sigma^{h}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}(\hat{a}_{2,2}\sigma^{-h}+\hat{a}_{3,2})\\ &=&-\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\exp(\frac{-\alpha h}{1-\alpha})\bigg[2+\frac{\alpha h}{2(1-\alpha)}+\frac{h}{2}\exp(\frac{-\alpha h}{1-\alpha})\bigg]<0. \end{eqnarray*}
\begin{eqnarray*} \beta_{i1}=-b_{i0}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{i}}{1-\alpha}), \beta_{i2}=-\sum\limits_{j=1}^{i-1}b_{ij}, \end{eqnarray*}
\beta_{i1} =-b_{i0}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{i}}{1-\alpha})) =\frac{M(\alpha)}{1-\alpha}\sigma^{t_i}+\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}\hat{a}_{2,0}\sigma^{ih}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{i}}{1-\alpha})>0.
b_{i1}=-\frac{ \alpha M(\alpha)}{1-\alpha}(\hat{a}_{2,1}\sigma^{(2-i)h}+\hat{a}_{3,1}\sigma^{(3-i)h})<0.
a_{i,i-2}=0, \hat{a}_{i-2,i-2}=0, \hat{a}_{i,i-2}=\hat{a}_{i-1,i-2}=\frac{h}{2}\exp(\frac{-2\alpha h}{1-\alpha})>0,
b_{i i-2}=a_{i,i-2}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}(\hat{a}_{i-2,i-2}\sigma^{2h}+\hat{a}_{i-1,i-2}\sigma^{h}+\hat{a}_{i,i-2})<0.
a_{i,i-1}=-\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\exp(\frac{-\alpha h}{1-\alpha})(1+\frac{\alpha h}{2(1-\alpha)}), \hat{a}_{i-1,i-1}>0, \hat{a}_{i,i-1}>0,
\begin{eqnarray*} b_{i,i-1} &=&a_{i,i-1}+\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\sigma^{h}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}(\hat{a}_{i-1,i-1}\sigma^{h}+\hat{a}_{i,i-1})\\ &=&-\frac{ M(\alpha)}{1-\alpha}\exp(\frac{-\alpha h}{1-\alpha})\frac{\alpha h}{2(1-\alpha)}-\frac{ \alpha M(\alpha)}{(1-\alpha)^2}(\hat{a}_{i-1,i-1}\sigma^{h}+\hat{a}_{i,i-1})\\ &<&0. \end{eqnarray*}
\begin{equation}\label{4.16} 0<u_{i}<u_{0}, i=1,2,\cdots,N. \end{equation}
(4.16)
\begin{eqnarray*} &&b_{10}u_{0}+b_{11}u_{1}+b_{12}u_{2}=\lambda\bigg[u_{1}-u_{0}\exp(-\frac{\alpha t_{1}}{1-\alpha})\bigg], \\ && b_{20}u_{0}+b_{21}u_{1}+b_{22}u_{2}=\lambda\bigg[u_{2}-u_{0}\exp(-\frac{\alpha t_{2}}{1-\alpha})\bigg], \end{eqnarray*}
u_{1}=\frac{D_{1}}{D}u_{0},~~~u_{2}=\frac{D_{2}}{D}u_{0},
\begin{eqnarray*} &&D=(b_{11}-\lambda)(b_{22}-\lambda)-b_{12}b_{21}, \\ &&D_{1}=(b_{22}-\lambda)(-b_{10}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha}))-b_{12}(-b_{20}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{2}}{1-\alpha})), \\ &&D_{2}=(b_{11}-\lambda)(-b_{20}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{2}}{1-\alpha}))-b_{21}(-b_{10}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{1}}{1-\alpha})). \end{eqnarray*}
\begin{equation}\label{4.17} 0<u_{i}<u_{0}, i=1,2. \end{equation}
(4.17)
\begin{equation}\label{4.18} u_{i}=\bigg[(-b_{i0}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_i}{1-\alpha}))u_{0}-\sum\limits_{j=1}^{i-1}b_{ij}u_{j}\bigg]/(b_{ii}-\lambda),\end{equation}
(4.18)
u_{3}=\bigg[(-b_{30}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_3}{1-\alpha}))u_{0}-b_{31}u_{1}-b_{32}u_{2}\bigg]/(b_{33}-\lambda).
u_{3}<\bigg[(-b_{30}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_3}{1-\alpha}))-b_{31}-b_{32}\bigg]u_{0}/(b_{33}-\lambda),
\begin{equation}\label{4.19} 0<u_{3}<u_{0}. \end{equation}
(4.19)
\begin{equation}\label{4.20} u_{k}=\bigg[(-b_{k0}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{k}}{1-\alpha}))u_{0}-\sum\limits_{j=1}^{k-1}b_{kj}u_{j}\bigg]/(b_{k k}-\lambda),\end{equation}
(4.20)
\beta_{k} =-b_{k0}-\lambda \exp(\frac{-\alpha t_{k}}{1-\alpha})-\sum\limits_{j=1}^{k-1}b_{kj}>0, \tilde{\beta}_{k}=b_{k k}-\lambda>0,
G(t)=M(\alpha)\bigg[\frac{3}{\alpha}t^2-\frac{6(1-\alpha)}{\alpha^2}t+\frac{6(1-\alpha)^2}{\alpha^3}-\frac{6(1-\alpha)^2}{\alpha^3}\exp(-\frac{\alpha}{1-\alpha}t)\bigg].
f(t)=\frac{M(\alpha)}{\alpha^2+(1-\alpha)^2} \bigg[(1-\alpha)\sin t+\alpha \cos t-\alpha \exp(-\frac{\alpha}{1-\alpha}t)\bigg],
E(h)=|x_{h}(T)-x_{\frac{h}{2}}(T)|
r=\log_{2}\frac{E(h)}{E(\frac{h}{2})}
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The computational work and storage of numerically solving the time fractional PDEs are generally huge for the traditional direct methods since they require totalmemory andwork, whereNTandNSrepresent the total number of time steps and grid points in space, respectively. To overcome this difficulty, we present an efficient algorithm for the evaluation of the Caputo fractional derivativeof orderα∈(0,1). The algorithm is based on an efficient sum-of-exponentials (SOE) approximation for the kernelt–1–αon the interval [Δt,T] with a uniform absolute errorε. We give the theoretical analysis to show that the number of exponentialsNexpneeded is of orderforT≫1 orforTH1 for fixed accuracyε. The resulting algorithm requires onlystorage andwork when numerically solving the time fractional PDEs. Furthermore, we also give the stability and error analysis of the new scheme, and present several numerical examples to demonstrate the performance of our scheme.
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1974
... 该文研究了一类带有非局部边界条件的微分方程数值求解,这类问题常应用于化学工程、热弹性学.在过去的几十年里, 分数微积分受到了物理学家和数学家的广泛关注, 因为它能准确地反映许多应用科学中的物理过程. 分数阶微分方程的数值分析已成为一个深入的研究课题. 分数阶微积分在近年来得到了广泛的研究[1 -2 ] . 它的研究结果可以说明若干物理问题[3 ] . Caputo和Fabrizio[4 ] 提出了一种新的分数阶导数. 另外, 在文献[5 ]中给出了具有非局部非奇异核的分数阶导数. 对于一般的右端函数f , 通常很难找到它的解析解, 因此有必要研究新的数值方法来求解该方程. ...
1
1993
... 该文研究了一类带有非局部边界条件的微分方程数值求解,这类问题常应用于化学工程、热弹性学.在过去的几十年里, 分数微积分受到了物理学家和数学家的广泛关注, 因为它能准确地反映许多应用科学中的物理过程. 分数阶微分方程的数值分析已成为一个深入的研究课题. 分数阶微积分在近年来得到了广泛的研究[1 -2 ] . 它的研究结果可以说明若干物理问题[3 ] . Caputo和Fabrizio[4 ] 提出了一种新的分数阶导数. 另外, 在文献[5 ]中给出了具有非局部非奇异核的分数阶导数. 对于一般的右端函数f , 通常很难找到它的解析解, 因此有必要研究新的数值方法来求解该方程. ...
Measuring memory with the order of fractional derivative
1
2013
... 该文研究了一类带有非局部边界条件的微分方程数值求解,这类问题常应用于化学工程、热弹性学.在过去的几十年里, 分数微积分受到了物理学家和数学家的广泛关注, 因为它能准确地反映许多应用科学中的物理过程. 分数阶微分方程的数值分析已成为一个深入的研究课题. 分数阶微积分在近年来得到了广泛的研究[1 -2 ] . 它的研究结果可以说明若干物理问题[3 ] . Caputo和Fabrizio[4 ] 提出了一种新的分数阶导数. 另外, 在文献[5 ]中给出了具有非局部非奇异核的分数阶导数. 对于一般的右端函数f , 通常很难找到它的解析解, 因此有必要研究新的数值方法来求解该方程. ...
A new definition of fractional derivative without singular kernel
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2015
... 该文研究了一类带有非局部边界条件的微分方程数值求解,这类问题常应用于化学工程、热弹性学.在过去的几十年里, 分数微积分受到了物理学家和数学家的广泛关注, 因为它能准确地反映许多应用科学中的物理过程. 分数阶微分方程的数值分析已成为一个深入的研究课题. 分数阶微积分在近年来得到了广泛的研究[1 -2 ] . 它的研究结果可以说明若干物理问题[3 ] . Caputo和Fabrizio[4 ] 提出了一种新的分数阶导数. 另外, 在文献[5 ]中给出了具有非局部非奇异核的分数阶导数. 对于一般的右端函数f , 通常很难找到它的解析解, 因此有必要研究新的数值方法来求解该方程. ...
New fractional derivatives with nonlocal and non-singular kernel: theory and application to heat transfer model
1
2016
... 该文研究了一类带有非局部边界条件的微分方程数值求解,这类问题常应用于化学工程、热弹性学.在过去的几十年里, 分数微积分受到了物理学家和数学家的广泛关注, 因为它能准确地反映许多应用科学中的物理过程. 分数阶微分方程的数值分析已成为一个深入的研究课题. 分数阶微积分在近年来得到了广泛的研究[1 -2 ] . 它的研究结果可以说明若干物理问题[3 ] . Caputo和Fabrizio[4 ] 提出了一种新的分数阶导数. 另外, 在文献[5 ]中给出了具有非局部非奇异核的分数阶导数. 对于一般的右端函数f , 通常很难找到它的解析解, 因此有必要研究新的数值方法来求解该方程. ...
A high order schema for the numerical solution of the fractional ordinary differential equations
1
2013
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
A high-order scheme for fractional ordinary differential equations with the Caputo Fabrizio derivative
4
2019
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
... 在文献[7 ]中, 该方程(1.1)的唯一解如下 ...
... {\bf 例1} 该文考虑文献[7 ]中带有下面几个右端项f(t,u(t)) 的初值问题 ...
... 表1 -表3 展示了\alpha= 0.3,~0.7 时的误差和收敛阶, 并与文献[7 ]中的算例进行了比较. CPU时间的叠加如图1 -图3 所示, 可以看出随着节点数量的增加, 快速方案比直接方案快得多. ...
Numerical solution of fractional diffusion-wave equation based on fractional multistep method
1
2014
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
A fully discrete difference scheme for a diffusion-wave system
1
2006
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Finite difference/spectral approximations for the time-fractional diffusion equation
1
2007
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Fast evaluation of the Caputo fractional derivative and its applications to fractional diffusion equations
1
2017
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Convergence analysis of a block-by-block method for fractional differential equations
1
2012
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
A new difference scheme for the time fractional diffusion equation
1
2015
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
A kernel compression scheme for fractional differential equations
1
2017
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
High-order accurate adaptive kernel compression time-stepping schemes for fractional differential equaitons
1
2017
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Finite element method for the space and time fractional Fokker-Planck equation
1
2008
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
A fast direct method for block triangular Toeplitz-like with tri-diagonal block systems from time-fractional partial differential equations
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2015
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Analysis of a discrete non-Markovian random walk approximation for the time fractional diffusion equation
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2005
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Fast summation by interval clustering for an evolution equation with memory
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2012
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
1
2017
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...
Error analysis of a finite difference method of graded meses for a time-fractional Caputo-Fabrizio derivatives
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2016
... Cao和Xu[6 -7 ] 考虑了分数阶常微分方程, 给出了一种改进的逐块逼近分数阶时间导数的方法. Yang[8 ] 等致力于分数阶多步方法在分数阶扩散波方程中的应用. Sun 和Wu[9 ] 以及Lin和Xu[10 ] 分别提出了时间分数阶扩散方程时间离散的L1 格式, 并证明了该格式在时间上的收敛阶是2-\alpha . Jiang[11 ] 等给出了近似Caputo分数阶导数的快速逼近方法, 它是基于指数渐进法. Huang[12 ] 等证明了该方法的收敛性至少是3阶的. 在文献{[13 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -19 ]} 中学者们研究了时间分数阶扩散方程的快速求解, 在文献[20 -21 ] 中研究了解的起始时间奇点性的特别处理. ...