Regularization and Construction of Asymptotic Solutions in the Boundary Function Method

Authors

  • Абдухафиз [Abdulkhafiz] Абдурасулович [A.] Бободжанов [Bobodzhanov]
  • Валерий [Valeriy] Федорович [F.] Сафонов [Safonov]

DOI:

https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-1-133-138

Keywords:

singularly perturbed problem, boundary-layer type asymptotics, regularization, iterative problems

Abstract

In his brief article published in 1977, S.A. Lomov noted that the asymptotics of Vasil'eva—Butuzov’s type boundary layer for a singularly perturbed problem can be obtained by the method of transition to a space of higher dimension or regularization of the original differential operator using a fast independent variable. Unfortunately, a detailed algorithm for constructing such asymptotics is not given in the article, and it remains to be answered whether the asymptotics obtained in it will actually coincide with a boundary-layer type asymptotics. In the present paper, this question is solved positively. However, the regularization itself is divided into two stages: partial regularization and complete regularization. In the course of partial regularization, it is not possible to obtain an "extended" problem the iterative systems of which admit solutions in the form of the sum of two functions with separated independent variables (one of which is an ordinary variable, and the other is a regularizing variable) The complete regularization has at its heart the procedure for constructing an "extended" system, which was applied by the authors in their papers devoted to regularization of integral operators, the essence of which consists in regularizing the original problem in the class of formal asymptotic series in powers of a small parameter with coefficients in the form of the sum of functions with separated variables. The asymptotics obtained using such procedure coincides completely with the boundary-layer type asymptotics, a result that confirms S.A. Lomov’s hypothesis.

Author Biographies

Абдухафиз [Abdulkhafiz] Абдурасулович [A.] Бободжанов [Bobodzhanov]

Dr.Sci. (Phys.-Math.), Professor of Higher Mathematics Dept., NRU MPEI, e-mail: BobojanovA@mpei.ru

Валерий [Valeriy] Федорович [F.] Сафонов [Safonov]

 Dr.Sci. (Phys.-Math.), Professor of Higher Mathematics Dept., NRU MPEI

References

1. Васильева А.Б., Бутузов В.Ф. Асимптотические разложения решений сингулярно возмущенных уравнений. М.: Наука, 1973.
2. Бутузов В.Ф., Васильева А.Б., Нефедов Н.Н. Асимптотическая теория контрастных структур // Автоматика и телемеханика. 1997. № 7. C. 3—32.
3. Ломов С.А. Введение в общую теорию сингулярных возмущений. М.: Наука, 1981.
4. Сафонов В.Ф., Бободжанов А.А. Курс высшей математики. Сингулярно возмущенные задачи и метод регуляризации. М.: Издат. дом МЭИ, 2012.
5. Бободжанов А.А., Сафонов В.Ф. Регуляризованные асимптотические решения сингулярно возмущенных интегральных систем с диагональным вырождением ядра // Дифференциальные уравнения. 2001. Т. 37. № 10. С. 1330—1341.
6. Ломов С.А. Асимптотическое решение дифференциальных уравнений с параметрами // Доклады АН СССР. 1971. Т. 196. № 2. С. 285—288.
7. Тихонов А.Н. Системы дифференциальных уравнений, содержащие малые параметры при производных // Математический сборник. 1952. Т. 31 (73). № 3. С. 575—586.
8. Ломов С.А., Ломов И.С. Основы математической теории пограничного слоя. М.: Изд-во МГУ, 2011.
9. Качалов В.И. Теорема Тихонова о предельном переходе и псевдоголоморфные решения сингулярно возмущенных задач // Доклады РАН. 2014. Т. 458. № 6. С. 630—632.
10. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Изд-во АН СССР, 1963.
---
Для цитирования: Бободжанов А.А., Сафонов В.Ф. Регуляризация и построение асимптотических решений в методе пограничных функций // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 133—138. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-133-138.
#
1. Vasil'eva A.B., Butuzov V.F. Asimptoticheskie Razlozheniya Resheniy Singulyarno Vozmushchennyh Uravneniy. M.: Nauka, 1973. (in Russian).
2. Butuzov V.F., Vasil'eva A.B., Nefedov N.N. Asimptoticheskaya Teoriya Kontrastnyh Struktur. Avtomatika i Telemekhanika. 1997;7:3—32. (in Russian).
3. Lomov S.A. Vvedenie v Obshchuyu Teoriyu Singulyarnyh Vozmushcheniy. M.: Nauka, 1981. (in Russian).
4. Safonov V.F., Bobodzhanov A.A. Kurs Vysshey Matematiki. Singulyarno Vozmushchennye Zadachi i Metod Regulyarizatsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2012. (in Russian).
5. Bobodzhanov A.A., Safonov V.F. Regulyarizovannye Asimptoticheskie Resheniya Singulyarno Vozmushchennyh Integral'nyh Sistem s Diagonal'nym Vyrozhdeniem Yadra. Differentsial'nye Uravneniya. 2001;37;10: 1330—1341. (in Russian).
6. Lomov S.A. Asimptoticheskoe Reshenie Differentsial'nyh Uravneniy s Parametrami. Doklady AN SSSR. 1971;196;2:285—288. (in Russian).
7. Tihonov A.N. Sistemy Differentsial'nyh Uravneniy, Soderzhashchie Malye Parametry pri Proizvodnyh. Matematicheskiy Sbornik. 1952; 31 (73);3:575—586. (in Russian).
8. Lomov S.A., Lomov I.S. Osnovy Matematicheskoy Teorii Pogranichnogo Sloya. M.: Izd-vo MGU, 2011. (in Russian).
9. Kachalov V.I. Teorema Tihonova o Predel'nom Perekhode i Psevdogolomorfnye Resheniya Singulyarno Vozmushchennyh Zadach. Doklady RAN. 2014;458;6: 630—632. (in Russian).
10. Bogolyubov N.N., Mitropol'skiy Yu.A. Asimptoticheskie Metody v Teorii Nelineynyh Kolebaniy. M.: Izd-vo AN SSSR, 1963. (in Russian).
---
For citation: Bobodzhanov A.A., Safonov V.F. Regularization and Construction of Asymptotic Solutions in the Boundary Function Method. MPEI Vestnik. 2019;1:133—138. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-133-138.

Published

2017-12-11

Issue

Section

Differential Equations, Dynamical Systems and Optimal Control (1.1.2)