A singularly perturbed reaction-diffusion fourth-order ordinary differential equation(ODE) with discontinuous source term is considered. Due to the discontinuity, interior layers also exist. The considered problem is converted into a system of weakly coupled system of two second-order ODEs, one without parameter and another with parameter ε multiplying highest derivatives and suitable boundary conditions. In this paper a computational method for solving this system is presented. A zero-order asymptotic approximation expansion is applied in the second equation. Then, the resulting equation is solved by the numerical method which is constructed. This involves non-overlapping Schwarz method using Shishkin mesh. The computation shows quick convergence and results presented numerically support the theoretical results.
Chakravarthy, P. Pramod;Phaneendra, K.;Reddy, Y.N.
Journal of applied mathematics & informatics
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v.27
no.1_2
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pp.441-452
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2009
In this paper, a fifth order numerical method is presented for solving singularly perturbed differential-difference equations with negative shift. In recent papers the term negative shift has been using for delay. Similar boundary value problems are associated with expected first exit time problem of the membrane, potential in models for neuron and in variational problems in control theory. In the numerical treatment for such type of boundary value problems, first we use Taylor approximation to tackle terms containing small shifts which converts it to a boundary value problem for singularly perturbed differential equation. The two point boundary value problem is transformed into general first order ordinary differential equation system. A discrete approximation of a fifth order compact difference scheme is presented for the first order system and is solved using the boundary conditions. Several numerical examples are solved and compared with exact solution. It is observed that present method approximates the exact solution very well.
In this paper, an almost second order overlapping Schwarz method for singularly perturbed third order convection-diffusion type problem is constructed. The method splits the original domain into two overlapping subdomains. A hybrid difference scheme is proposed in which on the boundary layer region we use the combination of classical finite difference scheme and central finite difference scheme on a uniform mesh while on the non-layer region we use the midpoint difference scheme on a uniform mesh. It is shown that the numerical approximations which converge in the maximum norm to the exact solution. We proved that, when appropriate subdomains are used, the method produces convergence of second order. Furthermore, it is shown that, two iterations are sufficient to achieve the expected accuracy. Numerical examples are presented to support the theoretical results. The main advantages of this method used with the proposed scheme are it reduce iteration counts very much and easily identifies in which iteration the Schwarz iterate terminates.
In this paper, a class of linear second order singularly perturbed delay differential turning point problems containing a small delay (or negative shift) on the reaction term and when the solution of the problem exhibits twin boundary layers are examined. A hybrid finite difference scheme on an appropriate piecewise-uniform Shishkin mesh is constructed to discretize the problem. We proved that the method is almost second order ε-uniformly convergent in the maximum norm. Numerical experiments are considered to illustrate the theoretical results.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.46
no.1
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pp.34-42
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2009
In this paper, new bounds for the solution of the unified Lyapunov matrix equation for decentralized singularly perturbed systemare obtained, and some of the existing works using deficient assumptions are also generalized.
In this paper, we have constructed an overlapping Schwarz method for singularly perturbed second order convection-diffusion equations. The method splits the original domain into two overlapping subdomains. A hybrid difference scheme is proposed in which on the boundary layer region we use the central finite difference scheme on a uniform mesh while on the non-layer region we use the mid-point difference scheme on a uniform mesh. It is shown that the numerical approximations which converge in the maximum norm to the exact solution. When appropriate subdomains are used, the numerical approximations generated from the method are shown to be first order convergent. Furthermore it is shown that, two iterations are sufficient to achieve the expected accuracy. Numerical examples are presented to support the theoretical results. The main advantages of this method used with the proposed scheme is it reduces iteration counts very much and easily identifies in which iteration the Schwarz iterate terminates.
In this paper a new approach to obtain the solution of the linear-quadratic Gaussian control problem for singularly perturbed discrete-time stochastic systems is proposed. The alogorithm proposed is based on exploring the previous results that the exact solution of the global discrete algebraic Riccati equations is found in terms of the reduced-order pure-slow and pure-fast nonsymmetric continuous-time algebraic Riccati equations and, in addition, the optimal global Kalman filter is decomposed into pure-slow and pure-fast local optimal filters both driven by the system measurements and the system optimal control input. It is shown that the optimal linear-quadratic Gaussian control problem for singularly perturbed linear discrete systems takes the complete decomposition and parallelism between pure-slow and pure-fast filters and controllers.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.12
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pp.1270-1277
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2008
A Haar wavelet based numerical method for solving singularly perturbed linear time invariant system is presented in this paper. The reduced pure slow and pure fast subsystems are obtained by decoupling the singularly perturbed system and differential matrix equations are converted into algebraic Sylvester matrix equations via Haar wavelet technique. The operational matrix of integration and its inverse matrix are utilized to reduce the computational time to the solution of algebraic matrix equations. Finally a numerical example is given to demonstrate the validity and applicability of the proposed method.
In this article, we present a numerical scheme for solving singularly perturbed (i.e. highest -order derivative term multiplied by small parameter) Burgers-Huxley equation with appropriate initial and boundary conditions. Most of the traditional methods fail to capture the effect of layer behavior when small parameter tends to zero. The presence of perturbation parameter and nonlinearity in the problem leads to severe difficulties in the solution approximation. To overcome such difficulties the present numerical scheme is constructed. In construction of the numerical scheme, the first step is the dicretization of the time variable using forward difference formula with constant step length. Then, the resulting non linear singularly perturbed semidiscrete problem is linearized using quasi-linearization process. Finally, differential quadrature method is used for space discretization. The error estimate and convergence of the numerical scheme is discussed. A set of numerical experiment is carried out in support of the developed scheme.
In this paper, we consider boundary value problem for a weakly coupled system of two singularly perturbed differential equations of convection diffusion type with discontinuous source term. In general, solution of this type of problems exhibits interior and boundary layers. A numerical method based on streamline diffusiom finite element and Shishkin meshes is presented. We derive an error estimate of order $O(N^{-2}\;{\ln}^2\;N$) in the maximum norm with respect to the perturbation parameters. Numerical experiments are also presented to support our theoritical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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