شماره ركورد
25620
شماره راهنما
MAT2 723
عنوان
مسائل مقدار مرزي شتورم ليوويل كسري در دامنههاي نامتناهي: نظريه و كاربردها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
رياضي كاربردي - آناليز عددي
دانشكده
رياضي و آمار
تاريخ دفاع
1404/10/24
صفحه شمار
120 ص.
استاد راهنما
حسن خسرويان عرب
كليدواژه فارسي
مشتق و انتگرال مرتبه كسري ريمان-ليوويل , تابع فوق هندسي متلاشي , چندجملهايهاي لاگر وابسته , توابع لاگر وابسته تعميميافته نوع اول و نوع دوم , مسائل شتورم-ليوويل كسري , عملگرهاي خودالحاق , توابع ويژه و مقادير ويژه , تصاوير متعامد , خطاهاي برشي
چكيده فارسي
در اين پژوهش, ابتدا در مورد عملگرهاي شتورم-ليوويل كسري در معادلات ديفرانسيل فوق هندسي متلاشي مطالعه ميكنيم و سپس دو مسئلهي مقدار مرزي كه عملگرهاي شتورم-ليوويل مرتبه كسري نوع اول و نوع دوم ناميده ميشوند را در دامنهي نيمه نامتناهي مورد بررسي قرار ميدهيم. سپس به صورت تحليلي توابع ويژهي مربوط به اين مسائل را استخراج كرده و ثابت ميكنيم كه اين توابع, كه توابع لاگر وابسته تعميم يافته نوع اول و نوع دوم ناميده ميشوند, پايههاي مناسب و متعامد براي حل معادلات ديفرانسيل با مرتبه كسري در روشهاي طيفي ميباشند. سپس به بيان ويژگيهاي اساسي مربوط به اين عملگرها نظير: خاصيت خودالحاقي مسائل شتورم-ليوويل, ويژگي غير چندجملهاي بودن توابع ويژه, تعامد توابع ويژه استخراج شده از آنها, تعامد مشتقات مرتبه كسري توابع ويژه, رفتار حدي مقادير ويژه, روابط بازگشتي سهگانه, تبيين اين كه مشتقات توابع ويژه داراي فرم بسته و از جنس خودشان ميباشند و همچنين اين موضوع كه همهي مقادير ويژههاي آنها حقيقي هستند و خواص جالبي نظير: كامل بودن توابع ويژه, تصويرهاي متعامد, كران بالاي خطاي برشي تصاوير متعامد ميپردازيم. اين پژوهش همچنين شامل استخراج ماتريس عملياتي انتگرال و مشتق مرتبه كسري و گسترش روش طيفي براي حل معادلات ديفرانسيل مرتبه كسري ميباشد. نتايج عددي براي بررسي اثربخشي و كارايي دو پايهي معرفي شده تحت عنوان توابع لاگر وابسته تعميم يافته نوع اول و نوع دوم ارائه شده است. اين نتايج نشان ميدهند كه توابع پايهاي لاگر وابسته تعميم يافته نوع اول و نوع دوم بهبود چشمگيري در دقت و نرخ همگرايي نسبت به چندجملهايهاي لاگر و فرمهاي تعميم يافته آن, به ويژه براي مسائلي كه شامل معادلات ديفرانسيل كسري هستند, دارند. يافتهها نشان ميدهند كه توابع پايهاي لاگر وابسته تعميم يافته نوع دوم براي مدلسازي مسائلي كه شامل اصطكاك هستند و با گذشت زمان ميرا ميشوند نظير: پاندول ساعت و مدلسازي پديدههاي موجود در طبيعت نظير: اكثر بيماريها, به طور قابل توجهي خوب عمل ميكنند. در حالي كه چند جملهايهاي متعامد كلاسيك لاگر و فرم وابسته آن در اين خصوص ناكام ميمانند.
كليدواژه لاتين
Fractional Riemann-Liouville Derivative and Integral , Confluent Hypergeometric Function , Associated Laguerre Polynomials , Generalized Associated Laguerre Functions of the First and Second Kinds , Fractional Sturm–Liouville Problems , Self-Adjoint Operators , Eigen-Functions and Eigenvalues , Orthogonal Projections , Truncation Errors
عنوان لاتين
Fractional Sturm-Liouville Boundary Value Problems in Unbounded Domains: Theory and Applications
گروه آموزشي
رياضي كاربردي و علوم كامپيوتر
چكيده لاتين
In this study, we first examine the fractional Sturm–Liouville operators in confluent hypergeometric differential equations and then investigate two boundary-value problems—referred to as the first and second types of fractional Sturm–Liouville operators—in the semi-infinite domain. Subsequently, we analytically derive the corresponding eigenfunctions and prove that these eigenfunctions, called the generalized associated Laguerre functions of the first and second types, form appropriate orthogonal bases for solving fractional-order differential equations using spectral methods. We then present the fundamental properties of these operators, including the self-adjointness of the Sturm–Liouville problems, the non-polynomial nature of the eigenfunctions, the orthogonality of the eigenfunctions, the orthogonality of their fractional derivatives, the asymptotic behavior of the eigenvalues, the three-term recurrence relations, and the fact that the derivatives of the eigenfunctions admit closed forms within the same family, as well as the reality of all eigenvalues. Furthermore, we establish completeness of the eigenfunctions, orthogonal projections, and upper bounds for projection truncation errors. This study also derives the operational matrices for fractional integration and differentiation and extends the spectral method for solving fractional differential equations. Numerical results are provided to assess the effectiveness and efficiency of the two introduced bases, namely the generalized associated Laguerre functions of the first and second types. These results demonstrate that the proposed basis functions significantly improve accuracy and convergence rates compared to the Laguerre polynomials and their generalized forms, particularly for problems involving fractional differential equations. They show that the generalized associated Laguerre functions of the second type perform remarkably well in modeling problems that involve damping over time, such as clock pendulums, as well as in simulating phenomena observed in nature, such as many diseases. In contrast, classical orthogonal Laguerre polynomials and their standard dependent forms may fail in this regard.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
155898
نويسنده