关于级数展开法求解非线性PDE的存在性理论、收敛性优化及替代展开方法的问询
关于级数展开法求解非线性PDE的存在性理论、收敛性优化及替代展开方法的问询
我正在求解定义在区间 $0 \leq t \leq 1$ 和 $0 \leq x \leq x_{max}$ 上的非线性偏微分方程(PDE),其具体形式为:
$$4t(1-t)U_t(x,t)=U_{xx}(x,t)+2xU_x(x,t)-4t[U(x,t)^2-U(x,t)]$$
我尝试用幂级数展开的形式来寻找解:
$$U(x,t)=u_0(x) + u_1(x)t + u_2(x)t^2 + ...$$
这个PDE配有简单的两点Dirichlet边界条件:
$$U(0,t)=0, U(x_{max},t)=1$$
同时还有已知的初始条件。通过展开处理,我得到了一组关于函数 $u_i(x)$ 的两点边值问题(BVP),数值求解这些BVP后,结果看起来是合理的,但当 $t$ 趋近于1时,这个级数的收敛速度非常慢。
我有几个疑问希望得到解答:
- 是否有相关的数学理论可以说明这类级数解的存在性?
- 如果上述围绕 $t=0$ 的展开方式不合适,还有哪些替代的展开方法可以尝试?
- 我尤其想了解,当 $t$ 趋近于1时,原展开(围绕 $t=0$)收敛性差甚至可能不收敛的情况下,如何构造出准确且收敛快速的展开式?
我自己尝试过围绕 $t=1$ 做展开:
$$U(x,t)=v_0(x) + v_1(x)(1-t) + v_2(x)(1-t)^2 + ...$$
但奇怪的是,只有前两项的结果和实际解吻合,我搞不懂这是为什么。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Leszek
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