Convergence of Fourier Method connected with Orthogonal Splines

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Fourier method and Fourier series have wide fields of application. The use of the theory of orthogonal splines, created by the author of this article and developed in the last thirty years, has led to significant progress in a number of numerical and analytical methods of deformable solid mechanics and mathematical physics. In particular, the generalized Fourier method associated with the use of finite Fourier series and orthogonal splines was successfully applied earlier by the author in solving parabolic initial boundary value problems for regions with curved boundaries. Recent article proposes further development and novel full research of the algorithm of this method, designed to solve parabolic initial boundary value problems in non-canonical domains. The method gives approximate analytical solutions in form of finite Fourier series whose structure is similar to that of partial sums of an infinite Fourier series for an exact solution. Full investigation of the method’s convergence presented in this article is based on the theory of finite difference methods. As a number of grid nodes in a region increases, such finite Fourier series approach an exact solution of a parabolic initial boundary value problem. Investigation of convergence shows efficiency of the novel algorithm of the generalized Fourier method in solving parabolic initial boundary value problems for non-canonical regions.

About the authors

Victor L. Leontiev

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: leontiev_vl@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8669-1919

Dr. Sci. in Phys. and Math., professor of World-Class Research Center for Advanced Digital Technologies

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. V. L. Leontiev, “Fourier method related with orthogonal splines in parabolic initial boundary value problem for domain with curvilinear boundary”, Ufa Mathematical Journal, 14:2 (2022), 56–66. DOI: https://doi.org/10.13108/2022-14-2-56.
  2. E. A. Gasymov, A. O. Guseinova, U. N. Gasanova, “Application of generalized separation of variables to solving mixed problems with irregular boundary conditions”, Computational Mathematics and Mathematical Physics, 56:7 (2016), 1305–1309. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965542516070071.
  3. I. A. Savichev, A. D. Chernyshov, “Application of the angular superposition method to the contact problem on the compression of an elastic cylinder”, Mechanics of Solids, 44:3 (2009), 463–472. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654409030157.
  4. Yu. I. Malov, L. K. Martinson, K. B.Pavlov, “Solution by separation of the variables of some mixed boundary value problems in the hydrodynamics of conducting media”, USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics, 12:3 (1972), 71–86. DOI: https://doi.org/10.1016/0041-5553(72)90035-3.
  5. M. Sh.Israilov, “Diffraction of Acoustic and Elastic Waves on a Half-Plane for Boundary Conditions of Various Types”, Mechanics of Solids, 48:3 (2013), 337–347. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654413030102.
  6. A. Y. Majeed, L. G. Juan, O. M. Pshtiwan, N. Chorfi, D. Baleanu, “A computational study of time-fractional gas dynamics models by means of conformable finite difference method”, AIMS Mathematics, 9:7 (2024), 19843–19858. DOI: https://doi.org/10.3934/math.2024969.
  7. R. J. LeVeque, Finite difference methods for ordinary and partial differential equations: steady-state and time-dependent problems, Society for Industrial and Applied Mathematics, 2007, 356 p.
  8. Finite Difference Methods. Theory and Applications. 7th International Conference. Lozenetz, Bulgaria, 11–16 June 2018. 701 p. DOI: http://doi.org/10.1007/978-3-030-11539-5
  9. D. Kh. Ivanov, P. N. Vabishchevich, “Iterative Process for Numerical Recovering the Lowest Order Space-Wise Coefficient in Parabolic Equations”, Finite Difference Methods. Theory and Applications. 7th International Conference, Lozenetz, Bulgaria, 2018, 289–296 DOI: http://doi.org/10.1007/978-3-030-11539-5_32.
  10. G. Strang, G. J. Fix, An Analysis of the Finite Element Method, Englewood Cliffs, 1973, 349 p.
  11. P. Li, “A Fourier series model and parametric study for single person three-way continuous walking load”, Transactions on Computer Science and Intelligent Systems Research, 4 (2024). DOI: https://doi.org/10.62051/a32pct74.
  12. H. N. Amadi, K. O. Uwho, D. M. Kornom, “Modelling of Electrical Cable Parameters and Fault Detection using Fourier Series”, Journal of Recent Trends in Electrical Power System, 7:2 (2024), 44–56. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.11096455.
  13. G. F. Voronin, S. A. Degtyarev, “Spline-approximation of thermodynamic properties of solutions”, Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry, 6:3 (1982), 217–227.
  14. V. L. Leontiev, “Orthogonal Splines in Approximation of Functions”, Mathematics and Statistics, 8:2 (2020), 167–172. DOI: https://doi.org/10.13189/ms.2020.080212.
  15. V. L. Leontiev, Orthogonal splines and special functions in methods of computational mechanics and mathematics, POLITEKH-PRESS, St. Petersburg, 2021 (In Russ.), 466 p.
  16. E. A. Volkov, Numerical Methods, Hemisphere Publishing Corp., New York, 1990, 238 p.
  17. S. K. Godunov, V. S.Ryabenkii, Difference Schemes. An Introduction to the Underlying Theory, Elsevier Science Publishers B.V., 1987. DOI: https://doi.org/10.1016/s0168-2024(08)x7019-5, 489 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Леонтьев В.L.

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».