We introduce a numerical approach to computing the Schr\"odinger map (SM) based on the Hasimoto transform which relates the SM flow to a cubic nonlinear Schr\"odinger (NLS) equation. In exploiting this nonlinear transform we are able to introduce the first fully explicit unconditionally stable symmetric integrators for the SM equation. Our approach consists of two parts: an integration of the NLS equation followed by the numerical evaluation of the Hasimoto transform. Motivated by the desire to study rough solutions to the SM equation, we also introduce a new symmetric low-regularity integrator for the NLS equation. This is combined with our novel fast low-regularity Hasimoto (FLowRH) transform, based on a tailored analysis of the resonance structures in the Magnus expansion and a fast realisation based on block-Toeplitz partitions, to yield an efficient low-regularity integrator for the SM equation. This scheme in particular allows us to obtain approximations to the SM in a more general regime (i.e. under lower regularity assumptions) than previously proposed methods. The favorable properties of our methods are exhibited both in theoretical convergence analysis and in numerical experiments.


翻译:我们采用了基于Hasimoto变换的Schr\'odinger地图(SM)计算数字方法,该方法将SM流与离非线性Schr\'odinger(NLS)等式联系起来。在利用这一非线性变换的过程中,我们可以引入第一个完全明确的无条件稳定的SM等式对称整合器。我们的方法由两部分组成:结合NLS等式,然后对Hasimoto变换进行数字评估。出于研究SM等式粗略解决方案的愿望,我们还为NLS等式引入一个新的对称低定式低定式混合器。这与我们新颖的快速低定式Hasimoto(FlowRH)变换相结合,其基础是对Magnus扩张中的共振结构进行量分析,并以块-托普利茨分区为基础实现快速实现,从而产生一个高效的低定式的SM等式调化器。这个办法特别使我们能够在更普遍的制度下(i.efrodialal dealalalal devidual)获得与SM的近音。在先前的模拟分析方法之下,在较低的分析中是比较的。

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