In this paper, we develop a numerical method for the L\'evy-Fokker-Planck equation with the fractional diffusive scaling. There are two main challenges. One comes from a two-fold nonlocality, that is, the need to apply the fractional Laplacian operator to a power law decay distribution. The other arises from long-time/small mean-free-path scaling, which introduces stiffness to the equation. To resolve the first difficulty, we use a change of variable to convert the unbounded domain into a bounded one and then apply the Chebyshev polynomial based pseudo-spectral method. To treat the multiple scales, we propose an asymptotic preserving scheme based on a novel micro-macro decomposition that uses the structure of the test function in proving the fractional diffusion limit analytically. Finally, the efficiency and accuracy of our scheme are illustrated by a suite of numerical examples.


翻译:在本文中, 我们为 L\' evy- Fokker- Planck 方程式开发了一个数字方法, 配有分数的 diffusive 缩放 。 有两个主要挑战 。 一个来自双重非局部性, 即需要将分数的 Laplacecian 操作员应用到电源法的衰减分布中。 另一个来自长期/ 小型的无偏差缩放, 使方程式变得僵硬。 为了解决第一个难题, 我们用变量的更改将未绑定的域转换成一个绑定的域, 然后应用 Chebyshev 多元光谱法的假光谱法 。 为了处理多重尺度, 我们建议基于新颖的微缩微缩微分解配置, 使用测试函数的结构来分析分数扩散限制 。 最后, 我们计划的效率和精度由一组数字示例来说明 。

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