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半变分非线性P-Laplacian方程组特征对问题的数值解法

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作和结构安排

第二章 预备知识

2.1 Sobolev空间,p-Laplacian算子和Fréchet导数的定义

2.2 NEP问题和临界点问题

2.3 伪梯度

2.4 L-⊥选择函数

第三章 p-Laplacian方程特征对的全局变分刻画

3.1 p-Laplacian方程特征对问题

3.2 特征对问题两种可行的泛函转化法

3.2.1 Lagrange泛函法

3.2.2 Rayleigh商法

第四章 推广的局部极小正交方法

4.1 p-Laplacian方程组的特征对问题

4.1.1 全变分特征对问题模型

4.1.2 半变分特征对问题模型

4.2 推广的局部选择函数(即推广的L-⊥选择函数)

4.2.1 双泛函的局部“临界点”的刻画

4.2.2 推广的局部极小正交算法

4.2.3 L-⊥选择函数计算

4.2.4 伪梯度的计算

第五章 数值结果与分析

5.1 算法实现细节

5.1.1 区域选择

5.1.2 初始函数的选择

5.1.3 参数设定

5.2 数值结果

5.3 分析

第六章 总结

参考文献

致谢

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摘要

偏微分方程中的特征对问题在物理学、力学、量子化学等等领域有着重要理论意义和广泛的应用价值。在有界弦的自由振动和热量的传导过程最关键的是求解特征对问题。而p-Laplacian方程在非线性扩散学、冰川学,非牛顿流体模型(non-Darcian)和气候学,湍流学、多孔介质和幂律材料流动学等等流体力学的数学建模中有着很广泛的应用。
  本文主要研究了半变分、非线性p-Laplacian方程组特征对问题的数值解法,讨论了将推广的局部极小正交算法从Hilbert空间应用于Banach空间中,并应用该算法解决了半变分、非线性p-Laplacian方程组特征对问题。首先应用Rayleigh商将特征对问题转化为能量泛函的“临界点”问题,并证明了Rayleigh商的“临界点”与“临界值”必是原特征对问题的解;因在全空间上寻求“临界点”一般是很困难的,故通过引入了一种L-⊥选择函数,并构造出一个子流形M,从而将原特征对问题转化为求子流形M上某些相对稳定的点;然后,在Banach空间中用伪梯度代替Hilbert空间中的梯度,并将伪梯度投影映射到相应的空间,再应用梯度下降法,结合步长引理更新搜索方向,寻找M上的那些相对稳定的点。最后,结合多个数值算例,成功地获得了方形区域和圆形区域上多重特征对。

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