We propose algorithms for efficient time integration of large systems of oscillatory second order ordinary differential equations (ODEs) whose solution can be expressed in terms of trigonometric matrix functions. Our algorithms are based on a residual notion for second order ODEs, which allows to extend the ``residual-time restarting'' Krylov subspace framework -- which was recently introduced for exponential and $\varphi$-functions occurring in time integration of first order ODEs -- to our setting. We then show that the computational cost can be further reduced in many cases by using our restarting in the Gautschi cosine scheme. We analyze residual convergence in terms of Faber and Chebyshev series and supplement these theoretical results by numerical experiments illustrating the efficiency of the proposed methods.


翻译:我们提出了算法,用于高效地求解可以用三角矩阵函数表示解的大型振荡二阶常微分方程(ODEs)组的时间积分。我们的算法基于对二阶ODEs的残差概念,这使得我们可以将最近针对时间积分中的一阶ODEs中出现的指数和$\varphi$函数引入的“残差-时间重启”Krylov子空间框架扩展到我们的设置。然后我们证明,在许多情况下,通过在Gautschi余弦方案中使用我们的重启,可以进一步降低计算成本。我们通过Faber和Chebyshev级数分析残差的收敛性,并通过数值实验来证明所提出的方法的高效性。

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