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一类分数阶常微分方程的数值解.pdf
第 27卷第 6期 2011年 12月
Vo1.27,No.6 Dec.,2011
【微分方程与动力系统研究】
一 类分数阶常微分方程的数值解
王 磊
TJ (滨州学院数学与信息科学系,山东 滨州 256603)
O
H
a
摘 要 :针对一类分数阶常系数线性常微分方程 ,基于降阶的思想,通过转换将其转化为低
滨
阶的分数阶方程组的形式 ,构造 了一种新的数值解法,给 出了具体的计算格式,并通过数值算例
州 B
验证 了算法的有效性.
学
学院 u
关键词 :分数阶常微分方程 ;Caputo分数阶导数 ;降阶法;数值解
报 中图分类号 :O 175 文献标识码 :A 文章编号 :1673—2618(2011)06—0027—04
0 引言
最近几年 ,分数阶微积分在许多学科和现代工程计算中得以广泛关注和应用.在使用分数阶导数的模
型中,大部分情况下会出现一系列的分数阶微分方程.分数阶微分方程的数值求解方法成为了近年研究的
热点课题之一.Miller和 Ross在文献[1]中给出了一种将分数阶常系数线性常微分方程
a.CDT~y()+n一1D ”y(£)+…+n1DTy()+a0co(£)一0, 一÷,q∈N
转化为分数阶常微分方程组的方法 ,并在此基础之上求 出了这类方程 的解析解.Diethelm和 Ford在文献
[2]中将这种降阶算法应用到Bagley—Torvik方程
ADY+BDPy+Cy一厂().
本文将这种降阶的转化方法应用到任意阶的常系数线性常微分方程
a.CD~y(£)+a一1D y(£)+ …+a1D Y(£)+a0DToY()一 厂(£),
得到这类分数阶常系数线性常微分方程的数值解 ,并以Bagley—Torvik方程为例验证算法的有效性 .
分数 阶导数的定义有很多种,文 中选用的是 Caputo分数阶导数.
定义 (Caputo分数阶导数定义[。]) 设 Y∈C”,一 1 口≤ n, ∈N,t 0则称
㈤一而_l』 ar
为 _厂()在 Caputo意义下的a阶导数.为了方便起见 ,下文中均记为 D .
1 算法构造
对于分数阶线性常系数多项常微分方程
口cD Y(£)+an--1D Y()4-…+ 口1DTY()+aoCDToy(£)一 ,(), (1)
收稿 日期 :2011—1O—O7
基金项 目:国家 自然科学基金项 目,滨州学院青年人才创新工程科研基金项 目(BZXYQNLG201010)
作者简介 :王 磊 (198O一),男,山东滨州人 ,讲师,硕士,主要从事微分方程 的数值解法研究,E-mail:keli21cn@
163.corn .
万方数据
28 滨州学院学报 第 27卷
¨(0)一c^, k一0,1,… ,[口]. (2)
对于方程 (1),不妨设 a … a a。≥ 0,将方程 (1)改写成:
a o (3)
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