محمود محسنی مقدم
-
در این مقاله، چندجمله ای های گسسته هان وکاربرد آنها برای حل عددی معادلات انتگرال-دیفرانسیل مرتبه کسری به طور ضعیف منفرد بررسی می شوند. این مقاله، برای اولین بار ماتریس عملیاتی انتگرال مرتبه کسری چندجمله ای های هان را ارایه می کند و با استفاده از آن معادله انتگرال مورد نظر به یک دستگاه معادلات جبری تبدیل می شود. هم چنین در این مقاله کران بالای خطای تقریب یک تابع بهوسیله این چندجمله ای ها محاسبه می شود. سپس با حل چند مثال عددی نشان داده می شود که با به کارگیری تعداد کمی از جملات بسط نتایج قابل قبولی حاصل می شوند که با نتایج حاصل از روش های دیگر مقایسه می شوند. دقت قابل قبول به همراه روند پیاده سازی ساده، از خصوصیات روش مورد بحث است.
کلید واژگان: معادلات انتگرال-دیفرانسیل مرتبه کسری منفرد ضعیف، چندجمله ای های هان، ماتریس عملیاتی، روش طیفیIntroductionDespite wide applications of constant order fractional derivatives, some systems require the use of derivatives whose order changes with respect to other parameters. Samko and Ross produced an extension of the classical fractional calculus with a continuously varying order for differential and integral operators. Variable-order fractional (V-OF) calculus has applications in optimal control, processing of geographical data, diffusion processes, description of anomalous diffusion, heat-transfer problems, etc. Due to the V-OF operators which are non-local with singular kernels, finding the exact solutions of V-OF problems is difficult. Therefore, efficient numerical techniques are necessary to be developed. The numerical solution of V-OF differential equation has been considered in some papers.
Recently, discrete orthogonal polynomials have been considered as basis functions instead of continuous orthogonal polynomials. Discrete orthogonal polynomials are orthogonal with respect to a weighted discrete inner product. These polynomials have important applications in chemical engineering, theory of random matrices, queuing theory and image coding. In this paper, we focus on a special class of discrete polynomials, called Hahn polynomials.
In this work, first, a new operational matrix is obtained for V-OF integral of Hahn polynomials. Then, we use a spectral collocation technique combined with the associated operational matrices of V-OF integral for solving weakly singular fractional integro-differential equations.Material and methodsIn this scheme, the operational matrix of fractional integration of Hahn polynomials is calculated. This method converts the weakly singular fractional integro-differential equations into an algebraic system which can be solved by a technique of linear algebra.
Results and discussionIn this paper, some numerical examples are provided to show the accuracy and efficiency of the presented method. By using a small number of Hahn polynomials, significant results are achieved which are compared to other methods. A comparison to the numerical solutions by CAS and Haar wavelets and Adomain decomposition method, shows that this technique is accurate enough to be known as a powerful device.
ConclusionThe following results are obtained from this research.
The operational matrix of fractional integration of Hahn polynomials is presented for the first time.
The main advantage of approximating a continuous function by Hahn polynomials is that they have a spectral accuracy at interval [0,N], where N is the number of bases.
Furthermore, for estimating the coefficients of the expansion of approximate solution, we only have to compute a summation which is calculated exactly.
Using Hahn polynomials, the numerical results achieved only by a small number of bases, are accurate in a larger interval and significant results are achieved../files/site1/files/61/7.pdfKeywords: Weakly Singular Fractional Integro-Differential Equations, Hahn Polynomials, Operational Matrix, Spectral method -
برای مطالعه رفتار پدیده های فیزیکی معمولا آنها را توسط معادلات دیفرانسیل مدلسازی می کنند. در بسیاری از این پدیده ها عواملی تصادفی دخالت دارند که باعث می شود تا این مدلسازی توسط معادلات دیفرانسیل تصادفی صورت گیرد. این عوامل تصادفی اغلب به شکل نوفه سفید ظاهر می گردد. برای بررسی این معادلات معمولا آنها را به شکل انتگرالی بیان می کنیم، اما جمله انتگرالی مربوط به نوفه سفید با انتگرالهای ریمان و لبگ قابل محاسبه نمی باشد. برای رفع این مشکل نیاز به انتگرال ایتو می باشد. مسلما تعداد زیادی از معادلات فوق حل تحلیلی ندارند و ناگزیر به استفاده از روش های عددی برای حل آنها می باشیم، دراین مقاله سعی داریم تا با معرفی روش های تقریبی اویلر-ماریاما و میلشتاین مسیر واقعی و تقریبی جواب را برای یک معادله از نوع فوق بررسی کنیم. چون فرآیند جواب این دسته از معادلات شامل فرآیند وینر می باشد و به شکل تابع مشخصی از زمان موجود نیست، مجبوریم مسیر جواب آنها را شبیه سازی کنیم. برای این کار نیاز به تولید اعداد تصادفی است و برای این منظور از مولدهای تولید اعداد شبه تصادفی استفاده می کنیم.
کلید واژگان: نوفه سفید، انتگرال ایتو، فرآیند وینر، معادلات دیفرانسیل تصادفی
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.