Patankar schemes have attracted increasing interest in recent years because they preserve the positivity of the analytical solution of a production-destruction system (PDS) irrespective of the chosen time step size. Although they are now of great interest, for a long time it was not clear what stability properties such schemes have. Recently a new stability approach based on Lyapunov stability with an extension of the center manifold theorem has been proposed to study the stability properties of positivity preserving time integrators. In this work, we study the stability properties of the classical modified Patankar--Runge--Kutta schemes (MPRK) and the modified Patankar Deferred Correction (MPDeC) approaches. We prove that most of the considered MPRK schemes are stable for any time step size and compute the stability function of MPDeC. We investigate its properties numerically revealing that also most MPDeC are stable irrespective of the chosen time step size. Finally, we verify our theoretical results with numerical simulations.


翻译:近几年来,Patankar计划引起了越来越多的兴趣,因为它们维护了生产销毁系统分析解决方案的正统性,而不管所选择的时间步数大小。虽然它们现在引起了极大的兴趣,但长期以来还不清楚这种计划具有何种稳定性。最近,基于Lyapunov稳定性的新的稳定办法及其中心方位延伸,我们提出了一种基于Lyapunov稳定性的新的稳定办法,以研究保护时间融合器的假设性稳定性特性。在这项工作中,我们研究了古典修改过的Patankar-Runge-Kutta计划(MPRKK)和修改过的Patankar延迟校正(MPDeC)方法的稳定性特性。我们证明,大多数经过考虑的MPRK计划在任何时间步数上都是稳定的,我们用数字模型来验证我们的理论结果。

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