高维KGS方程及Gross-Pitaevskii方程有限差分格式及其无条件最优误差估计

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本文运用有限差分法对Klein-Gordon-Schrodinger(KGS)方程和两类Gross-Pitaevskii(GP)方程进行了数值研究,并建立了数值格式的最优误差估计.首先,文中对KGS方程提出两个有限差分格式,并给出格式的最优误估计,证明两格式皆在离散意义下保持总质量和总能量守恒.在误差分析中,除标准的能量方法以外,文中还引入归纳论证和“抬升”技巧,严格地建立了无网格比约束的最优H2误差估计.而已有文献中的结果要么证明不够严格,要么需要一定的网格比约束.继而,本文对带角动量旋转项的GP方程提出一个守恒的有限差分格式,采用标准的能量方法并结合“抬升”技巧和“cut-off”技巧,在无网格比约束的前提下,建立了片H1-范数下的最优误差估计.最后,本文对耦合GP方程构造了一个线性化解耦的紧致有限差分格式,并定义一类新型质量泛函、磁化强度泛函和能量泛函,使用递归关系证明新格式在离散意义上保持原问题的三个守恒量.同时,在无网格比约束的前提下,建立了该差分格式在L∞-范数下的最优误差估计.文章中给出了详尽的数值实验,以验证理论分析的结果.
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