مجله مدل‌سازی پیشرفته ریاضی

مجله مدل‌سازی پیشرفته ریاضی

یک روش عددی بر پایه توابع کلاهی مکعبی برای حل دسته‌ای از معادلات انتگرال-دیفرانسیل تصادفی کسری مبتنی بر حرکت براونی کسری چندبعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه ریاضی کاربردی، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
2 عضو هیات علمی/دانشگاه مازندران
چکیده
در این مقاله، یک روش عددی بر پایۀ توابع کلاهی مکعبی برای حل دسته‌ای از معادلات انتگرال-دیفرانسیل تصادفی کسری ارائه می‌شود که این معادلات ‎‏توسط حرکت براونی کسری چندبعدی با پارامتر هرست ‎$ H‎ ‎\in ‎(‎\frac{1}{2},1)‎‎ $‎ ‎‏هدایت می‌شوند‏. مشتق کسری از نوع کاپوتو در نظر گرفته‌ می‌شو‏د.‎‎‎ ابتدا، تقریبی از مشتق کاپوتوی تابع مجهول با ضرایب نامشخص براساس توابع پایه‌ای در نظر گرفته می‌شود. سپس، با توجه به این تقریب و خواص مشتق کاپوتو و انتگرال ریمان-لیوویل تقریبی برای جواب و سایر توابع موجود در معادله معرفی می‌شود. با جایگذاری این تقریب‌ها در معادله و با استفاده از نقاط گره‌ای مناسب به همراه تقریب پسرو برای شبیه‌سازی نویز گاوسی کسری، معادلۀ مدنظر به دستگاهی از معادلات جبری تبدیل می‌شود. دستگاه حاصل با توجه به خواص توابع کلاهی مکعبی و ماتریس عملیاتی انتگرال آنها دارای پیچیدگی محاسباتی پایینی است. با حل این دستگاه تقریبی از جواب مسئله به‌دست می‌آید. در ادامه، تحلیل خطای روش بررسی می‌شود. در پایان، چند مثال عددی برای تأیید کارایی روش پیشنهادی ارائه می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

A Numerical Method Based on Cubic Hat Functions to Solve a Class of Fractional Stochastic Integro-Differential Equations Driven by Multi-Dimensional Fractional Brownian Motion

نویسندگان English

Zahra Zarei 1
Afshin Babaei 2
Somayeh Nemati 1
Hassan Ranjbar 1
1 ‎Department of Applied Mathematics‎, ‎Faculty of Mathematical Sciences‎, ‎University of Mazandaran‎, ‎Babolsar‎, ‎Iran‎.
چکیده English

‎In this paper‎, ‎a numerical method based on cubic hat functions is presented for solving a class of fractional stochastic integro-differential equations driven by multidimensional fractional Brownian motion with Hurst parameter‎ ‎$ H \in \left(\frac{1}{2}‎ , ‎1\right) $‎.‎The fractional derivative is considered in the Caputo sense‎. ‎First‎, ‎an approximation of the Caputo derivative of the unknown function with unknown coefficients is constructed based on the basis functions‎. ‎Then‎, ‎using this approximation and the properties of the Caputo derivative and the Riemann-Liouville integral‎, ‎approximations for the solution and other functions appearing in the equation are introduced‎. ‎By substituting these approximations into the equation and using suitable nodal points along with a backward approximation for simulating the fractional Gaussian noise‎, ‎the original equation is transformed into a system of algebraic equations‎. ‎Due to the properties of the cubic hat functions and their operational matrix of integration‎, ‎the resulting system has low computational complexity‎. ‎Solving this system yields an approximation of the solution to the original problem‎. ‎Furthermore‎, ‎the error analysis of the proposed method is investigated‎. ‎Finally‎, ‎several numerical examples are provided to confirm the efficiency of the proposed method‎.

کلیدواژه‌ها English

‎Fractional stochastic integro-differential equations‎
‎Multi-Dimensional fractional Brownian motion‎
‎Cubic hat functions‎
‎Operational matrix

  • تاریخ دریافت 19 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 27 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 09 تیر 1405