مجله مدل‌سازی پیشرفته ریاضی

مجله مدل‌سازی پیشرفته ریاضی

حل عددی معادلات انتشار کسری مرتبه توزیعی با استفاده از توابع کلاهی مربعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه ریاضی کاربردی، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
چکیده
در این پژوهش، از توابع کلاهی مربعی و خواص آنها برای حل دسته‌ای از معادلات انتشار مرتبه توزیعی استفاده می‌شود. مشتق کسری در مفهوم کاپوتو در نظر گرفته می‌شود. به منظور بدست آوردن جواب عددی، بعد از اعمال انتگرال مرتبه دوم مکانی روی دو طرف معادله و بکارگیری قاعده انتگرال‌گیری گاوس-لژاندر، مسئله مورد نظر به یک معادله انتگرال-دیفرانسیل کسری زمانی چند عبارتی تبدیل می‌شود. در ادامه، با معرفی تقریبی از مشتق مرتبه اول زمانی برای تابع مجهول، مشتقات مراتب مختلف تابع با استفاده از ماتریس عملیاتی انتگرال ریمان-لیوویل و خواص توابع کلاهی مربعی تقریب زده می‌شوند. با جایگذاری این تقریب‌ها و بکارگیری شرایط اولیه و مرزی، دستگاهی از معادلات جبری حاصل می‌شود. سپس‏، خطای تقریب بررسی می‌شود. در آخر، ارائه مثال‌های عددی کارآمدی و دقت روش پیشنهادی را مورد ارزیابی قرار می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical solution of distributed-order fractional diffusion equations using quadratic hat functions

نویسندگان English

Afrooz Abbasi
Somayeh Nemati
Department of Applied Mathematics‎, ‎Faculty of Mathematical Sciences‎, ‎University of Mazandaran‎, ‎Babolsar‎, ‎Iran
چکیده English

‎In this research‎, ‎quadratic hat functions and their properties are used to solve a class of distributed-order fractional diffusion equations‎. ‎The fractional derivative is considered in the Caputo sense‎. ‎To obtain the numerical solution‎, ‎after applying the second-order spatial integral to both sides of the equation and employing the Gauss-Legendre quadrature rule‎, ‎the problem is transformed into a multi-term time-fractional integro-differential equation‎. ‎Subsequently‎, ‎by introducing an approximation of the first-order time derivative of the unknown function‎, ‎derivatives of various orders of the function are approximated using the Riemann-Liouville operational matrix and the properties of quadratic hat functions‎. ‎By substituting these approximations and applying the initial and boundary conditions‎, ‎a system of algebraic equations is obtained‎. Then, the approximation error is ‎examined. ‎‎Finally‎, ‎numerical examples are provided to evaluate the efficiency and accuracy of the proposed method‎.

کلیدواژه‌ها English

Distributed-order diffusion equation
Quadratic hat functions
Caputo derivative
Riemann-Liouville integral
Operational matrix

  • تاریخ دریافت 15 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 06 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 05 خرداد 1405