Isospectral flows appear in a variety of applications, e.g. the Toda lattice in solid state physics or in discrete models for two-dimensional hydrodynamics, with the isospectral property often corresponding to mathematically or physically important conservation laws. Their most prominent feature, i.e. the conservation of the eigenvalues of the matrix state variable, should therefore be retained when discretizing these systems. Recently, it was shown how isospectral Runge-Kutta methods can, in the Lie-Poisson case also considered in our work, be obtained through Hamiltonian reduction of symplectic Runge-Kutta methods on the cotangent bundle of a Lie group. We provide the Lagrangian analogue and, in the case of symplectic diagonal implicit Runge-Kutta methods, derive the methods through a discrete Euler-Poincare reduction. Our derivation relies on a formulation of diagonally implicit isospectral Runge-Kutta methods in terms of the Cayley transform, generalizing earlier work that showed this for the implicit midpoint rule. Our work is also a generalization of earlier variational Lie group integrators that, interestingly, appear when these are interpreted as update equations for intermediate time points. From a practical point of view, our results allow for a simple implementation of higher order isospectral methods and we demonstrate this with numerical experiments where both the isospectral property and energy are conserved to high accuracy.


翻译:Iso 光谱流出现在多种应用中,例如,在固态物理学中的Toda lattice或二维流体动力学的离散模型中的Toda lattice,其等光谱属性往往与数学或物理上重要的保护法相对应。因此,当这些系统离散时,应保留其最突出的特征,即保护矩阵状态变量的二元值。最近,我们在工作中也考虑的Li-Poisson 案例显示的是,如何通过汉密尔顿式减少双立体流流体动力学或分立体流体流体动力学的分流模型获得这些方法。我们提供了Lagrangian 类比,在分立体分立的分层值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中值中,我们的工作也展示了中值中值中值中值中值中值中值中值中值值值值值值,我们的工作。

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