• شماره ركورد
    25281
  • شماره راهنما
    MAT2 720
  • عنوان

    تخمين هاي خطاي روشطيفيپتروف-گالركين براي معادلات انتشار-واكنشكسري دوطرفه

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    رياضي كاربردي - آناليز عددي
  • دانشكده
    رياضي و آمار
  • تاريخ دفاع
    1404/07/26
  • صفحه شمار
    108 ص .
  • استاد راهنما
    حسن خسرويان عرب
  • كليدواژه فارسي
    مشتق ريمان-ليوويل , فضاهاي سوبولف وزن دار , مسئله شتورم-ليوويل , چندجمله اي هاي متعامد , معادله انتشار-واكنش كسري , همواري , روش طيفي پتروف-گالركين
  • چكيده فارسي
    افزايش كاربرد مدل هاي رياضي مبتني بر مشتقات كسري در مسائل متنوع از حوزه هاي علوم پايه، مهندسي، اخترشناسي، علوم پزشكي و ساير زمينه ها، ضرورت و اهميت مطالعه اين دسته از معادلات را بيش از پيش برجسته كرده است. اين پايان نامه به بررسي همواري و حل عددي معادله انتشار-واكنش كسري دوطرفه با بهره گيري از روش طيفي پتروف-گالركين مي پردازد. در گام نخست، مفاهيم بنيادين حسابان كسري، شامل مشتقات ريمان-ليوويل و كاپوتو و ويژگي هاي توابع ويژه نظير گاما، بتا و ميتاگ- لفلر معرفي شده اند. فضاهاي تابعي مانند فضاهاي هيلبرت، باناخ، و سوبولف وزن دار به عنوان بستري براي تحليل همواري جواب ها بررسي گرديده اند. همچنين، چندجمله اي هاي متعامد كلاسيك (ژاكوبي، لژاندر، و چبيشف) و نظريه شتورم-ليوويل، به عنوان ابزارهاي محوري روش هاي طيفي ارائه شده اند. روش هاي مانده وزن دار و تكنيك هاي انتگرال گيري عددي، از جمله گاوس-ژاكوبي، چارچوب محاسباتي اين پژوهش را تشكيل داده اند. در ادامه معادله انتشار-واكنش كسري دوطرفه مورد مطالعه قرار گرفته و نشان داده شده است كه همواري جواب ها در فضاهاي سوبولف وزن دار به طور قابل توجهي نسبت به فضاهاي سوبولف استاندارد بهبود مي يابد. با بهره گيري از اين همواري، روشطيفي پتروف-گالركين براي حل عددي معادله پياده سازي شده و فرم گسسته آن همراه با فرآيند حل سيستم ارائه شده است. تحليل خطاي روش، شامل برآورد خطاي تصوير و بررسي پايداري، انجام شده و مرتبه همگرايي بهينه روش به صورت نظري اثبات شده است. نتايج عددي حاصل از شبيه سازي ها، صحتتحليل هاي نظري و مرتبه همگرايي پيش بيني شده را تأييد مي كنند.
  • كليدواژه لاتين
    Riemann–Liouville derivative , Weighted Sobolev spaces , Sturm–Liouville problem , Orthogonal polynomials , Fractional reaction–diffusion equation , Regularity , Petrov–Galerkin spectral method
  • عنوان لاتين
    Error estimates of a spectral Petrov–Galerkin method for two-sided fractional reaction–diffusion equations
  • گروه آموزشي
    رياضي كاربردي و علوم كامپيوتر
  • چكيده لاتين
    The increasing use of mathematical models based on fractional derivatives in diverse fields such as basic sciences, engineering, astronomy, medical sciences, an‎d other areas has highlighted the necessity an‎d importance of studying this class of equations more than ever. This thesis investigates the regularity an‎d numerical solution of the bidirectional fractional reaction–diffusion equation by employing the Petrov–Galerkin spectral method. In the first stage, the fundamental concepts of fractional calculus, including Riemann–Liouville an‎d Caputo derivatives, as well as the properties of special functions such as Gamma, Beta, an‎d Mittag–Leffler functions, are introduced. Functional spaces such as Hilbert, Banach, an‎d weighted Sobolev spaces are examined as the framework for analyzing the regularity of solutions. Moreover, classical orthogonal polynomials (Jacobi, Legendre, an‎d Chebyshev) an‎d Sturm–Liouville theory are presented as the central tools of spectral methods. Weighted residual methods an‎d numerical integration techniques, including Gauss–Jacobi quadrature, form the computational framework of this study. Subsequently, the bidirectional fractional reaction–diffusion equation is investigated, an‎d it is shown that the solution regularity in weighted Sobolev spaces is significantly improved compared to stan‎dard Sobolev spaces. By exploiting this improved regularity, the Petrov–Galerkin spectral method is implemented for the numerical solution of the equation, an‎d its discrete formulation together with the solution procedure is presented. Error analysis of the method, including projection error estimates an‎d stability considerations, is carried out, an‎d the optimal convergence rate of the method is established theoretically. Numerical results from simulations confirm the theoretical analysis an‎d validate the predicted convergence rate.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    149513
  • نويسنده

    كريمي علويجه، حميدرضا