989 resultados para Harmonic Function
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The object of this dissertation is to study globally defined bounded p-harmonic functions on Cartan-Hadamard manifolds and Gromov hyperbolic metric measure spaces. Such functions are constructed by solving the so called Dirichlet problem at infinity. This problem is to find a p-harmonic function on the space that extends continuously to the boundary at inifinity and obtains given boundary values there. The dissertation consists of an overview and three published research articles. In the first article the Dirichlet problem at infinity is considered for more general A-harmonic functions on Cartan-Hadamard manifolds. In the special case of two dimensions the Dirichlet problem at infinity is solved by only assuming that the sectional curvature has a certain upper bound. A sharpness result is proved for this upper bound. In the second article the Dirichlet problem at infinity is solved for p-harmonic functions on Cartan-Hadamard manifolds under the assumption that the sectional curvature is bounded outside a compact set from above and from below by functions that depend on the distance to a fixed point. The curvature bounds allow examples of quadratic decay and examples of exponential growth. In the final article a generalization of the Dirichlet problem at infinity for p-harmonic functions is considered on Gromov hyperbolic metric measure spaces. Existence and uniqueness results are proved and Cartan-Hadamard manifolds are considered as an application.
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The initial motivation for this paper is to discuss a more concrete approach to an approximation theorem of Axler and Shields, which says that the uniform algebra on the closed unit disc (D) over bar generated by z and h, where h is a nowhere-holomorphic harmonic function on D that is continuous up to partial derivative D, equals C((D) over bar). The abstract tools used by Axler and Shields make harmonicity of h an essential condition for their result. We use the concepts of plurisubharmonicity and polynomial convexity to show that, in fact, the same conclusion is reached if h is replaced by h + R, where R is a non-harmonic perturbation whose Laplacian is ``small'' in a certain sense.
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We propose and investigate a method for the stable determination of a harmonic function from knowledge of its value and its normal derivative on a part of the boundary of the (bounded) solution domain (Cauchy problem). We reformulate the Cauchy problem as an operator equation on the boundary using the Dirichlet-to-Neumann map. To discretize the obtained operator, we modify and employ a method denoted as Classic II given in [J. Helsing, Faster convergence and higher accuracy for the Dirichlet–Neumann map, J. Comput. Phys. 228 (2009), pp. 2578–2576, Section 3], which is based on Fredholm integral equations and Nyström discretization schemes. Then, for stability reasons, to solve the discretized integral equation we use the method of smoothing projection introduced in [J. Helsing and B.T. Johansson, Fast reconstruction of harmonic functions from Cauchy data using integral equation techniques, Inverse Probl. Sci. Eng. 18 (2010), pp. 381–399, Section 7], which makes it possible to solve the discretized operator equation in a stable way with minor computational cost and high accuracy. With this approach, for sufficiently smooth Cauchy data, the normal derivative can also be accurately computed on the part of the boundary where no data is initially given.
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We consider the problem of stable determination of a harmonic function from knowledge of the solution and its normal derivative on a part of the boundary of the (bounded) solution domain. The alternating method is a procedure to generate an approximation to the harmonic function from such Cauchy data and we investigate a numerical implementation of this procedure based on Fredholm integral equations and Nyström discretization schemes, which makes it possible to perform a large number of iterations (millions) with minor computational cost (seconds) and high accuracy. Moreover, the original problem is rewritten as a fixed point equation on the boundary, and various other direct regularization techniques are discussed to solve that equation. We also discuss how knowledge of the smoothness of the data can be used to further improve the accuracy. Numerical examples are presented showing that accurate approximations of both the solution and its normal derivative can be obtained with much less computational time than in previous works.
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MSC 2010: 30C55, 30C45
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We analyze and interpret the oscillatory signal in the decay phase of the U-band light curve of a stellar megaflare observed on 2009 January 16 on the dM4.5e star YZ CMi. The oscillation is well approximated by an exponentially decaying harmonic function. The period of the oscillation is found to be 32 minutes, the decay time about 46 minutes, and the relative amplitude 15%. As this observational signature is typical of the longitudinal oscillations observed in solar flares at extreme ultraviolet and radio wavelengths, associated with standing slow magnetoacoustic waves, we suggest that this megaflare may be of a similar nature. In this scenario, macroscopic variations of the plasma parameters in the oscillations modulate the ejection of non-thermal electrons. The phase speed of the longitudinal (slow magnetoacoustic) waves in the flaring loop or arcade, the tube speed, of about 230 km s-1 would require a loop length of about 200 Mm. Other mechanisms, such as standing kink oscillations, are also considered.
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Harmonische Funktionen auf dem Bruhat-Tits-Gebäude der PGL(3) über Funktionenkörpern lassen sich als ein Analogon zu den auf der oberen Halbebene definierten klassischen Spitzenformen verstehen. An die Stelle des starken Abklingens der Spitzenformen tritt hier die Endlichkeit des Trägers modulo einer gewissen Untergruppe. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit befaßt sich mit der Untersuchung und Charakterisierung dieses Trägers. Im weiteren Verlauf werden gewisse Konzepte der klassischen Theorie auf harmonische Funktionen übertragen. So wird gezeigt, daß diese sich ebenfalls als Fourierreihe darstellen lassen und es werden explizite Formeln für die Fourierkoeffizienten hergeleitet. Es stellt sich heraus, daß sich die Harmonizität in gewissen Relationen zwischen den Fourierkoeffizienten widerspiegelt und sich umgekehrt aus einem Satz passender Koeffizienten eine harmonische Funktion erzeugen läßt. Dies wird zur expliziten Konstruktion zweier quasi-harmonischer Funktionen genutzt, die ein Pendant zu klassischen Poincaré-Reihen darstellen. Abschließend werden Hecke-Operatoren definiert und Formeln für die Fourierkoeffizienten der Hecke-Transformierten einer harmonischen Funktion hergeleitet.
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The analysis of the electrical impedance of an electrolytic cell in the shape of a slab is performed. We have solved, numerically, the differential equations governing the phenomenon of the redistribution of the ions in the presence of an external electric field, and compared the results with the ones obtained by solving the linear approximation of these equations. The control parameters in our study are the amplitude and the frequency of the applied voltage, assumed a simple harmonic function of the time. We show that for the large amplitudes of the applied voltage, the actual current is no longer harmonic at low frequencies. From this result it follows that the concept of electrical impedance of a cell is a useful quantity only in the case where the linear approximation of the fundamental equations of problem work well.
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O uso da técnica da camada equivalente na interpolação de dados de campo potencial permite levar em consideração que a anomalia, gravimétrica ou magnética, a ser interpolada é uma função harmônica. Entretanto, esta técnica tem aplicação computacional restrita aos levantamentos com pequeno número de dados, uma vez que ela exige a solução de um problema de mínimos quadrados com ordem igual a este número. Para viabilizar a aplicação da técnica da camada equivalente aos levantamentos com grande número de dados, nós desenvolvemos o conceito de observações equivalentes e o método EGTG, que, respectivamente, diminui a demanda em memória do computador e otimiza as avaliações dos produtos internos inerentes à solução dos problemas de mínimos quadrados. Basicamente, o conceito de observações equivalentes consiste em selecionar algumas observações, entre todas as observações originais, tais que o ajuste por mínimos quadrados, que ajusta as observações selecionadas, ajusta automaticamente (dentro de um critério de tolerância pré-estabelecido) todas as demais que não foram escolhidas. As observações selecionadas são denominadas observações equivalentes e as restantes são denominadas observações redundantes. Isto corresponde a partir o sistema linear original em dois sistemas lineares com ordens menores. O primeiro com apenas as observações equivalentes e o segundo apenas com as observações redundantes, de tal forma que a solução de mínimos quadrados, obtida a partir do primeiro sistema linear, é também a solução do segundo sistema. Este procedimento possibilita ajustar todos os dados amostrados usando apenas as observações equivalentes (e não todas as observações originais) o que reduz a quantidade de operações e a utilização de memória pelo computador. O método EGTG consiste, primeiramente, em identificar o produto interno como sendo uma integração discreta de uma integral analítica conhecida e, em seguida, em substituir a integração discreta pela avaliação do resultado da integral analítica. Este método deve ser aplicado quando a avaliação da integral analítica exigir menor quantidade de cálculos do que a exigida para computar a avaliação da integral discreta. Para determinar as observações equivalentes, nós desenvolvemos dois algoritmos iterativos denominados DOE e DOEg. O primeiro algoritmo identifica as observações equivalentes do sistema linear como um todo, enquanto que o segundo as identifica em subsistemas disjuntos do sistema linear original. Cada iteração do algoritmo DOEg consiste de uma aplicação do algoritmo DOE em uma partição do sistema linear original. Na interpolação, o algoritmo DOE fornece uma superfície interpoladora que ajusta todos os dados permitindo a interpolação na forma global. O algoritmo DOEg, por outro lado, otimiza a interpolação na forma local uma vez que ele emprega somente as observações equivalentes, em contraste com os algoritmos existentes para a interpolação local que empregam todas as observações. Os métodos de interpolação utilizando a técnica da camada equivalente e o método da mínima curvatura foram comparados quanto às suas capacidades de recuperar os valores verdadeiros da anomalia durante o processo de interpolação. Os testes utilizaram dados sintéticos (produzidos por modelos de fontes prismáticas) a partir dos quais os valores interpolados sobre a malha regular foram obtidos. Estes valores interpolados foram comparados com os valores teóricos, calculados a partir do modelo de fontes sobre a mesma malha, permitindo avaliar a eficiência do método de interpolação em recuperar os verdadeiros valores da anomalia. Em todos os testes realizados o método da camada equivalente recuperou mais fielmente o valor verdadeiro da anomalia do que o método da mínima curvatura. Particularmente em situações de sub-amostragem, o método da mínima curvatura se mostrou incapaz de recuperar o valor verdadeiro da anomalia nos lugares em que ela apresentou curvaturas mais pronunciadas. Para dados adquiridos em níveis diferentes o método da mínima curvatura apresentou o seu pior desempenho, ao contrário do método da camada equivalente que realizou, simultaneamente, a interpolação e o nivelamento. Utilizando o algoritmo DOE foi possível aplicar a técnica da camada equivalente na interpolação (na forma global) dos 3137 dados de anomalia ar-livre de parte do levantamento marinho Equant-2 e 4941 dados de anomalia magnética de campo total de parte do levantamento aeromagnético Carauari-Norte. Os números de observações equivalentes identificados em cada caso foram, respectivamente, iguais a 294 e 299. Utilizando o algoritmo DOEg nós otimizamos a interpolação (na forma local) da totalidade dos dados de ambos os levantamentos citados. Todas as interpolações realizadas não seriam possíveis sem a aplicação do conceito de observações equivalentes. A proporção entre o tempo de CPU (rodando os programas no mesmo espaço de memória) gasto pelo método da mínima curvatura e pela camada equivalente (interpolação global) foi de 1:31. Esta razão para a interpolação local foi praticamente de 1:1.
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2000 Mathematics Subject Classification: Primary 26A33; Secondary 47G20, 31B05
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A numerical method based on integral equations is proposed and investigated for the Cauchy problem for the Laplace equation in 3-dimensional smooth bounded doubly connected domains. To numerically reconstruct a harmonic function from knowledge of the function and its normal derivative on the outer of two closed boundary surfaces, the harmonic function is represented as a single-layer potential. Matching this representation against the given data, a system of boundary integral equations is obtained to be solved for two unknown densities. This system is rewritten over the unit sphere under the assumption that each of the two boundary surfaces can be mapped smoothly and one-to-one to the unit sphere. For the discretization of this system, Weinert’s method (PhD, Göttingen, 1990) is employed, which generates a Galerkin type procedure for the numerical solution, and the densities in the system of integral equations are expressed in terms of spherical harmonics. Tikhonov regularization is incorporated, and numerical results are included showing the efficiency of the proposed procedure.
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We consider the Cauchy problem for the Laplace equation in 3-dimensional doubly-connected domains, that is the reconstruction of a harmonic function from knowledge of the function values and normal derivative on the outer of two closed boundary surfaces. We employ the alternating iterative method, which is a regularizing procedure for the stable determination of the solution. In each iteration step, mixed boundary value problems are solved. The solution to each mixed problem is represented as a sum of two single-layer potentials giving two unknown densities (one for each of the two boundary surfaces) to determine; matching the given boundary data gives a system of boundary integral equations to be solved for the densities. For the discretisation, Weinert's method [24] is employed, which generates a Galerkin-type procedure for the numerical solution via rewriting the boundary integrals over the unit sphere and expanding the densities in terms of spherical harmonics. Numerical results are included as well.