This paper concerns the use of asymptotic expansions for the efficient solving of forward and inverse problems involving a nonlinear singularly perturbed time-dependent reaction--diffusion--advection equation. By using an asymptotic expansion with the local coordinates in the transition-layer region, we prove the existence and uniqueness of a smooth solution with a sharp transition layer for a three-dimensional partial differential equation. Moreover, with the help of asymptotic expansion, a simplified model is derived for the corresponding inverse source problem, which is close to the original inverse problem over the entire region except for a narrow transition layer. We show that such simplification does not reduce the accuracy of the inversion results when the measurement data contain noise. Based on this simpler inversion model, an asymptotic-expansion regularization algorithm is proposed for efficiently solving the inverse source problem in the three-dimensional case. A model problem shows the feasibility of the proposed numerical approach.


翻译:本文涉及使用无症状扩张来有效解决前方和反向问题,这些问题涉及非线性单一受时间依赖的反应扩散适应方程式。通过使用带有过渡层区域当地坐标的无症状扩张,我们证明三维部分差异方程式的快速过渡层的平稳解决方案的存在和独特性。此外,在无症状扩张的帮助下,为对应的反源问题得出了一个简化模型,该问题与整个区域的原始反向问题接近,但狭窄的过渡层除外。我们表明,这种简化不会降低测量数据含有噪音时的反向结果的准确性。根据这一较简单的反向模型,提议采用一种无症状扩张正规化算法,以有效解决三维情况下的反源问题。一个示范问题显示了拟议数字方法的可行性。

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