Sound-soft fractal screens can scatter acoustic waves even when they have zero surface measure. To solve such scattering problems we make what appears to be the first application of the boundary element method (BEM) where each BEM basis function is supported in a fractal set, and the integration involved in the formation of the BEM matrix is with respect to a non-integer order Hausdorff measure rather than the usual (Lebesgue) surface measure. Using recent results on function spaces on fractals, we prove convergence of the Galerkin formulation of this ``Hausdorff BEM'' for acoustic scattering in $\mathbb{R}^{n+1}$ ($n=1,2$) when the scatterer, assumed to be a compact subset of $\mathbb{R}^n\times\{0\}$, is a $d$-set for some $d\in (n-1,n]$, so that, in particular, the scatterer has Hausdorff dimension $d$. For a class of fractals that are attractors of iterated function systems, we prove convergence rates for the Hausdorff BEM and superconvergence for smooth antilinear functionals, under certain natural regularity assumptions on the solution of the underlying boundary integral equation. We also propose numerical quadrature routines for the implementation of our Hausdorff BEM, along with a fully discrete convergence analysis, via numerical (Hausdorff measure) integration estimates and inverse estimates on fractals, estimating the discrete condition numbers. Finally, we show numerical experiments that support the sharpness of our theoretical results, and our solution regularity assumptions, including results for scattering in $\mathbb{R}^2$ by Cantor sets, and in $\mathbb{R}^3$ by Cantor dusts.


翻译:音调分解屏幕可以散布声波, 即使它们表面测量为零。 为了解决这种分散问题, 我们第一次应用了边界元素法( BEM), 其中每个 BEM 基函数在折数组中支持, 而组成 BEM 矩阵的整合则与非整数顺序Hausdorf 度量有关, 而不是通常( Lebesgue) 表面度量有关。 使用关于分数的功能空间的最新结果, 我们证明了这个 ousdorf BEM 的 Galerkin 公式的趋同性, 用于在 $\ mathb{R+1} 中进行声调分解, 美元=1, 2美元) 当撒布假定是 $\ mathb{ Rn\\ times% 矩阵的集成集成, 用于某些 美元( n1, n), 因此, 撒布尔德ffff 的 度 度 度 度 度 值 值 值 值 值 值 值 值 。 对于 legrodealal deal deal dealal ormax 分析来说, 我们的直径解 直径解结果,, 直径解结果显示 直径解结果显示 直径解 直径解 直径直径直径直径直径解结果 。

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