Iterative methods for solving quadratic Volterra integral equations of the first kind

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The paper is devoted to the numerical study of integral equations of the first kind with quadratic nonlinearity, which are part of the generalized Volterra integropower series and describe dynamical systems with one input and one output. Such equations are widely used in the modeling of stationary systems with constant dynamic characteristics during the transfer process. Materials and methods. The proposed iterative numerical methods are based on the preliminary linearization of the integral operator according to the modified Newton-Kantorovich scheme and the use of the regularization parameter to ensure stability to fluctuations in the input data. To solve linear equations ateach iteration, the method of successive approximations is used in combination with the approximation of the exact solution by a polynomial spline constructed for each segment on the zeros of Legendre polynomials. The Gauss compound quadrature formula is used to calculate integrals. Results and conclusions. A number of iterative numerical schemes for solving quadratic Volterra integral equations are proposed. The convergence theorems of the modified Newton-Kantorovich method are formulated. Numerical results confirming the convergence of the methods are presented.

About the authors

Aleksandr N. Tynda

Penza State University

Author for correspondence.
Email: tynda@pnzgu.ru

Candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, head of the sub-department of higher and applied mathematics

(40 Krasnaya street, Penza, Russia)

References

  1. Vol'terra V. Teoriya funktsionalov, integral'nykh i integrodifferentsial'nykh uravneniy = Theory of functionals, integral and integro -reference equations. Moscow: Nauka, 1982:304. (In Russ.)
  2. Sidorov D. Integral Dynamical Models. Singularities, Signals And Control. World Scientific Series on Nonlinear Sciences Series A. Singapore: World Scientific Press, 2015;87.
  3. Apartsin A.S. Voltaire’s polyline integral equations and kinds: elements of theory and numerical methods. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Matematika = Proceedings of Irkutsk State University. Series: Mathematics. 2007;(1):13–41. (In Russ.)
  4. Solodusha S.V., Antipina E.D. To the identification of Voltaire’s nuclei in integrated models of linear non -stationary dynamic systems. Itogi nauki i tekhniki. Sovremennaya matematika i ee prilozheniya. Tematicheskie obzory = The results of science and technology. Modern mathematics and its applications. Thematic reviews. 2023;(224):125‒132. (In Russ.)
  5. Voskoboynikov Yu.E., Boeva V.A. Identification of the quadratic nucleus of Voltaire's equation for modeling nonlinear dynamic systems. Sistemy analiza i obrabotki dannykh = Data analysis and processing systems. 2022;85(1):25–40. (In Russ.)
  6. Sidorov D., Tynda A., Muratov V., Yanitsky E. Volterra black-box models identification methods: direct collocation vs. least squares. Mathematics. 2024;12(2):227. doi: 10.3390/math12020227
  7. Apartsin A.S. To the numerical solution of one class of systems of polynomial equations of Voltaire I kind. Zhurnal vychislitel'noy matematiki i matematicheskoy fiziki = Journal of computational mathematics and mathematical physics. 2007;47(8):1380–1388. (In Russ.)
  8. Solodusha S.V. To the numerical solution of one class of systems of polynomial equations of Voltaire I kind. Sibirskiy zhurnal vychislitel'noy matematiki = Siberian journal computing mathematics. 2018;21(1):117–126. (In Russ.)
  9. Verlan' A.F., Sizikov V.S. Integral'nye uravneniya: metody, algoritmy, programmy: spravochnoe posobie = Integral equations: methods, algorithms, programs: reference manual. Kiev: Naukova dumka, 1986:543. (In Russ.)
  10. Sidorov D.N. On parametric families of solutions of Volterra integral equations of the first kind with piecewise smooth kernel. Diff. Equat. 2013;49:210–216.
  11. Muftahov I., Tynda A., Sidorov D. Numeric solution of Volterra integral equations of the first kind with discontinuous kernels. Journal of Computational and Applied Mathematics. 2017;313:119–128.
  12. Sidorov D., Tynda A., Muftahov I., Dreglea A., Liu F. Nonlinear Systems of Volterra Equations with Piecewise Smooth Kernels. Numerical Solution and Application for Power Systems Operation. Mathematics. 2020;8:1257.
  13. Kantorovich L.V., Akilov G.P. Functional Analysi. 2nd edition. Pergamon, 1982:589.
  14. Boykov I.V. Some issues of the approximate solution of nonlinear operator equations by Newton – Kantorovich. Tochnye nauki: sb. aspir. rab. = Exact sciences: collected papers of postgraduate students. Kazan: Izd-vo Kaz. gos. un-ta, 1970:82–94. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».