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An implicit finite-difference time-stepping method for a sub-diffusion equation, with spatial discretization by finite elements

机译:带有有限元空间离散的子扩散方程的隐式有限差分时步法

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摘要

The numerical solution for a class of sub-diffusion equations involving a parameter in the range – 1 < α < 0 is studied. For the time discretization, we use an implicit finite-difference Crank–Nicolson method and show that the error is of order k2+α, where k denotes the maximum time step. A nonuniform time step is employed to compensate for the singular behaviour of the exact solution at t = 0. We also consider a fully discrete scheme obtained by applying linear finite elements in space to the proposed time-stepping scheme. We prove that the additional error is of order h2 max(1, log k−1), where h is the parameter for the space mesh. Numerical experiments on some sample problems demonstrate our theoretical result.
机译:研究了参数范围为– 1 <α<0的一类子扩散方程的数值解。对于时间离散化,我们使用隐式有限差分Crank–Nicolson方法,并证明误差约为k 2 +α,其中k表示最大时间步长。使用非均匀时间步长来补偿t = 0时精确解的奇异行为。我们还考虑了通过将空间中的线性有限元应用于拟议的时间步长方案而获得的完全离散方案。我们证明附加误差约为h 2 max(1,log k -1 ),其中h是空间网格的参数。对一些样本问题的数值实验证明了我们的理论结果。

著录项

  • 来源
    《IMA Journal of Numerical Analysis》 |2011年第2期|p.719-739|共21页
  • 作者

    Kassem Mustapha†;

  • 作者单位

    Department of Mathematics and Statistics, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran 31261, Saudi Arabia;

  • 收录信息
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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