This work deals with the numerical solution of systems of oscillatory second-order differential equations which often arise from the semi-discretization in space of partial differential equations. Since these differential equations exhibit pronounced or highly) oscillatory behavior, standard numerical methods are known to perform poorly. Our approach consists in directly discretizing the problem by means of Gautschi-type integrators based on $\operatorname{sinc}$ matrix functions. The novelty contained here is that of using a suitable rational approximation formula for the $\operatorname{sinc}$ matrix function to apply a rational Krylov-like approximation method with suitable choices of poles. In particular, we discuss the application of the whole strategy to a finite element discretization of the wave equation.


翻译:本文研究了半离散空间偏微分方程数值解的振荡二阶微分方程组的求解方法。由于这些微分方程表现出明显或高度振荡行为,通常的数值方法表现不佳。我们的方法是通过用基于$\operatorname{sinc}$矩阵函数的Gautschi类型积分器直接对问题进行离散化。这里的新颖之处在于使用适当的有理逼近公式来确定$\operatorname{sinc}$矩阵函数,以应用合适的极点,进行有理Krylov类逼近方法。我们特别讨论了将整个策略应用于波动方程的有限元离散化的应用。

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