Linear Discrete Parabolic Problems

Author: Nikolai Bakaev

Publisher: Elsevier

ISBN: 9780080462080

Category: Mathematics

Page: 302

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This volume introduces a unified, self-contained study of linear discrete parabolic problems through reducing the starting discrete problem to the Cauchy problem for an evolution equation in discrete time. Accessible to beginning graduate students, the book contains a general stability theory of discrete evolution equations in Banach space and gives applications of this theory to the analysis of various classes of modern discretization methods, among others, Runge-Kutta and linear multistep methods as well as operator splitting methods. Key features: * Presents a unified approach to examining discretization methods for parabolic equations. * Highlights a stability theory of discrete evolution equations (discrete semigroups) in Banach space. * Deals with both autonomous and non-autonomous equations as well as with equations with memory. * Offers a series of numerous well-posedness and convergence results for various discretization methods as applied to abstract parabolic equations; among others, Runge-Kutta and linear multistep methods as well as certain operator splitting methods. * Provides comments of results and historical remarks after each chapter. · Presents a unified approach to examining discretization methods for parabolic equations. · Highlights a stability theory of discrete evolution equations (discrete semigroups) in Banach space. · Deals with both autonomous and non-autonomous equations as well as with equations with memory. · Offers a series of numerous well-posedness and convergence results for various discretization methods as applied to abstract parabolic equations; among others, Runge-Kutta and linear multistep methods as well as certain operator splitting methods as well as certain operator splitting methods are studied in detail. ·Provides comments of results and historical remarks after each chapter.

Galerkin Finite Element Methods for Parabolic Problems

Author: Vidar Thomee

Publisher: Springer Science & Business Media

ISBN: 3540331220

Category: Mathematics

Page: 364

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This book provides insight into the mathematics of Galerkin finite element method as applied to parabolic equations. The revised second edition has been influenced by recent progress in application of semigroup theory to stability and error analysis, particulatly in maximum-norm. Two new chapters have also been added, dealing with problems in polygonal, particularly noncovex, spatial domains, and with time discretization based on using Laplace transformation and quadrature.

Advanced Numerical Methods for Complex Environmental Models: Needs and Availability

Author: István Faragó,Ágnes Havasi,Zahari Zlatev

Publisher: Bentham Science Publishers

ISBN: 160805778X

Category: Nature

Page: 426

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High air pollution levels pose a significant threat to plants, animals and human beings. Efforts by researchers are directed towards keeping air pollution levels below well defined ‘critical‘ levels in order to maintain a sustainable atmosphere and environmental system. The application of advanced mathematical models is important for researchers to achieve this goal as efficiently as possible. Mathematical models can be used to predict answers to many important questions about the environment. This application comes with several complex theoretical and practical obstacles which need to be resolved. A successfully applicable mathematical model needs to enable researchers to • Mathematically describe all important physical and chemical processes. • Apply fast and sufficiently accurate numerical methods. • Ensure that the model runs efficiently on modern high speed computers. • Use high quality input data, both meteorological data and emission inventories, in the runs. • Verify the model results by comparing them with reliable measurements taken in different parts of the spatial domain of the model. • Carry out long series of sensitivity experiments to check the response of the model to changes of different key parameters. • Visualize and animate the output results in order to make them easily understandable even to non-specialists. This monograph thoroughly describes mathematical methods useful for various situations in environmental modeling - including finite difference methods, splitting methods, parallel computation, etc. - and provides a framework for resolving problems posed in relation to the points listed above. Chapters are written by well-known specialists making this book a handy reference for researchers, university teachers and students working and studying in the areas of air pollution, meteorology, applied mathematics and computer science.

Attractors for Degenerate Parabolic Type Equations

Author: Messoud Efendiev

Publisher: American Mathematical Soc.

ISBN: 1470409852

Category: Mathematics

Page: 221

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This book deals with the long-time behavior of solutions of degenerate parabolic dissipative equations arising in the study of biological, ecological, and physical problems. Examples include porous media equations, -Laplacian and doubly nonlinear equations, as well as degenerate diffusion equations with chemotaxis and ODE-PDE coupling systems. For the first time, the long-time dynamics of various classes of degenerate parabolic equations, both semilinear and quasilinear, are systematically studied in terms of their global and exponential attractors. The long-time behavior of many dissipative systems generated by evolution equations of mathematical physics can be described in terms of global attractors. In the case of dissipative PDEs in bounded domains, this attractor usually has finite Hausdorff and fractal dimension. Hence, if the global attractor exists, its defining property guarantees that the dynamical system reduced to the attractor contains all of the nontrivial dynamics of the original system. Moreover, the reduced phase space is really "thinner" than the initial phase space. However, in contrast to nondegenerate parabolic type equations, for a quite large class of degenerate parabolic type equations, their global attractors can have infinite fractal dimension. The main goal of the present book is to give a detailed and systematic study of the well-posedness and the dynamics of the semigroup associated to important degenerate parabolic equations in terms of their global and exponential attractors. Fundamental topics include existence of attractors, convergence of the dynamics and the rate of convergence, as well as the determination of the fractal dimension and the Kolmogorov entropy of corresponding attractors. The analysis and results in this book show that there are new effects related to the attractor of such degenerate equations that cannot be observed in the case of nondegenerate equations in bounded domains. This book is published in cooperation with Real Sociedad Matemática Española (RSME).


Author: N.A

Publisher: N.A


Category: Mathematics

Page: N.A

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Partielle Differentialgleichungen und numerische Methoden

Author: Stig Larsson,Vidar Thomee

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3540274227

Category: Mathematics

Page: 272

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Das Buch ist für Studenten der angewandten Mathematik und der Ingenieurwissenschaften auf Vordiplomniveau geeignet. Der Schwerpunkt liegt auf der Verbindung der Theorie linearer partieller Differentialgleichungen mit der Theorie finiter Differenzenverfahren und der Theorie der Methoden finiter Elemente. Für jede Klasse partieller Differentialgleichungen, d.h. elliptische, parabolische und hyperbolische, enthält der Text jeweils ein Kapitel zur mathematischen Theorie der Differentialgleichung gefolgt von einem Kapitel zu finiten Differenzenverfahren sowie einem zu Methoden der finiten Elemente. Den Kapiteln zu elliptischen Gleichungen geht ein Kapitel zum Zweipunkt-Randwertproblem für gewöhnliche Differentialgleichungen voran. Ebenso ist den Kapiteln zu zeitabhängigen Problemen ein Kapitel zum Anfangswertproblem für gewöhnliche Differentialgleichungen vorangestellt. Zudem gibt es ein Kapitel zum elliptischen Eigenwertproblem und zur Entwicklung nach Eigenfunktionen. Die Darstellung setzt keine tiefer gehenden Kenntnisse in Analysis und Funktionalanalysis voraus. Das erforderliche Grundwissen über lineare Funktionalanalysis und Sobolev-Räume wird im Anhang im Überblick besprochen.

Nichtlineare Finite-Element-Methoden

Author: Peter Wriggers

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642568653

Category: Technology & Engineering

Page: 496

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Die Anwendung der Finite-Element-Methode auf nichtlineare technische Probleme hat in den letzten Jahren - auch wegen der stark angestiegenen Rechnerleistung - erheblich zugenommen. Bei nichtlinearen numerischen Simulationen sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen, die das Wissen und Verstehen der theoretischen Grundlagen, der zugehörigen Elementformulierungen sowie der Algorithmen zur Lösung der nichtlinearen Gleichungen voraussetzen. Hierzu soll dieses Buch beitragen, wobei die Bandbreite nichtlinearer Finite-Element-Analysen im Bereich der Festkörpermechanik abgedeckt wird. Das Buch wendet sich an Studierende des Ingenieurwesens im Hauptstudium, an Doktoranden aber auch an praktisch tätige Ingenieure, die Hintergrundwissen im Bereich der Finite-Element-Methode erlangen möchten.

Optimale Steuerung partieller Differentialgleichungen

Theorie, Verfahren und Anwendungen

Author: Fredi Tröltzsch

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3322968448

Category: Mathematics

Page: 298

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Die mathematische Theorie der optimalen Steuerung hat sich im Zusammenhang mit Berechnungen für die Luft- und Raumfahrt schnell zu einem wichtigen und eigenständigen Gebiet der angewandten Mathematik entwickelt. Die optimale Steuerung durch partielle Differentialgleichungen modellierter Prozesse wird eine numerische Herausforderung der Zukunft sein. Sie erfordert die Analysis nichtlinearer partieller Differentialgleichungen, Optimierung im Funktionenraum, nichtlineare Funktionalanalysis sowie Optimierungsverfahren für extrem große Aufgaben. Im Buch werden entsprechende Grundlagen mit langsam steigendem Schwierigkeitsgrad entwickelt. Grundkenntnisse zu partiellen Differentialgleichungen und der Funktionalanalysis werden jeweils dort gebracht, wo sie konkret nötig sind. Das Buch enthält viele Beispiele und eignet sich als Grundlage für Vorlesungen und Seminare.

Vorlesungen über partielle Differentialgleichungen

Author: Vladimir I. Arnold

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3540350314

Category: Mathematics

Page: 174

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Nach seinem bekannten und viel verwendeten Buch über gewöhnliche Differentialgleichungen widmet sich der berühmte Mathematiker Vladimir Arnold nun den partiellen Differentialgleichungen in einem neuen Lehrbuch. In seiner unnachahmlich eleganten Art führt er über einen geometrischen, anschaulichen Weg in das Thema ein, und ermöglicht den Lesern so ein vertieftes Verständnis der Natur der partiellen Differentialgleichungen. Für Studierende der Mathematik und Physik ist dieses Buch ein Muss. Wie alle Bücher Vladimir Arnolds ist dieses Buch voller geometrischer Erkenntnisse. Arnold illustriert jeden Grundsatz mit einer Abbildung. Das Buch behandelt die elementarsten Teile des Fachgebiets and beschränkt sich hauptsächlich auf das Cauchy-Problem und das Neumann-Problems für die klassischen Lineargleichungen der mathematischen Physik, insbesondere auf die Laplace-Gleichung und die Wellengleichung, wobei die Wärmeleitungsgleichung und die Korteweg-de-Vries-Gleichung aber ebenfalls diskutiert werden. Die physikalische Intuition wird besonders hervorgehoben. Eine große Anzahl von Problemen ist übers ganze Buch verteilt, und ein ganzer Satz von Aufgaben findet sich am Ende. Was dieses Buch so einzigartig macht, ist das besondere Talent Arnolds, ein Thema aus einer neuen, frischen Perspektive zu beleuchten. Er lüftet gerne den Schleier der Verallgemeinerung, der so viele mathematische Texte umgibt, und enthüllt die im wesentlichen einfachen, intuitiven Ideen, die dem Thema zugrunde liegen. Das kann er besser als jeder andere mathematische Autor.

Differentialgleichungen und ihre Anwendungen

Author: Martin Braun

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642973418

Category: Mathematics

Page: 596

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Dieses richtungsweisende Lehrbuch für die Anwendung der Mathematik in anderen Wissenschaftszweigen gibt eine Einführung in die Theorie der gewöhnlichen Differentialgleichungen. Fortran und APL-Programme geben den Studenten die Möglichkeit, verschiedene numerische Näherungsverfahren an ihrem PC selbst durchzurechnen. Aus den Besprechungen: "Die Darstellung ist überall mathematisch streng und zudem ungemein anregend. Abgesehen von manchen historischen Bemerkungen ... tragen dazu die vielen mit ausführlichem Hintergrund sehr eingehend entwickelten praktischen Anwendungen bei. ... Besondere Aufmerksamkeit wird der physikalisch und technisch so wichtigen Frage nach Stabilität von Lösungen eines Systems von Differentialgleichungen gewidmet. Das Buch ist wegen seiner geringen Voraussetzungen und vorzüglichen Didaktik schon für alle Studenten des 3. Semesters geeignet; seine eminent praktische Haltung empfiehlt es aber auch für alle Physiker, die mit Differentialgleichungen und ihren Anwendungen umzugehen haben." #Physikalische Blätter#