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Expansion of numerical verification methods for functional equations

Research Project

Project/Area Number 15H03637
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Foundations of mathematics/Applied mathematics
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Watanabe Yoshitaka  九州大学, 情報基盤研究開発センター, 准教授 (90243972)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木下 武彦  京都大学, 健康長寿社会の総合医療開発ユニット, 特定講師 (30546429)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords精度保証付き数値計算 / 計算機援用証明 / 非線形関数方程式 / Navier-Stokes方程式 / 非線形偏微分方程式 / 有限要素法 / 射影近似と誤差解析 / 不動点定理 / 直交射影の誤差評価 / 非線形微分方程式 / 無限次元固有値問題 / 計算機援用照明 / 関数方程式 / 微分方程式 / 誤差評価理論 / 事後誤差評価 / 流体力学 / 応用数学 / 数値解析 / 関数方程式論
Outline of Final Research Achievements

We conducted research on the theory, application, and method of "numerical verification method" or "computer-assisted proof" that provides mathematical and exact guarantees for computer calculations of differential equations and other functional equations used to scientifically describe natural phenomena.

We have successfully obtained an efficient approach of the invertibility estimation of linear operators and the its inverse operator norm with optimal upper bound in a general functional space. We have also established a framework for rigorous computer verification of the existence or uniqueness of solutions to nonlinear functional equations based on this estimation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非線形関数方程式、特に非線形偏微分方程式を統一的に扱う数学理論は現在のところ存在しません。そのため、解を解析的に導くことを回避したコンピュータによる近似計算が多く行われています。しかし、計算結果には誤差の混入が不可避です。本研究の成果は、解析解とコンピュータによる近似計算の間に横たわる誤差を数学的に厳密に取り扱うことを可能とするだけでなく、未解決であった非線形関数方程式の解の存在検証を可能にする意義を持つと考えます。

Report

(6 results)
  • 2020 Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (66 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results) Presentation (41 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (5 results)

  • [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

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    • Author(s)
      Kinoshita Takehiko、Watanabe Yoshitaka、Nakao Mitsuhiro T.
    • Journal Title

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      Volume: 369 Pages: 112561-112561

    • DOI

      10.1016/j.cam.2019.112561

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  • [Journal Article] Some improvements of invertibility verifications for second-order linear elliptic operators2020

    • Author(s)
      Watanabe Yoshitaka、Kinoshita Takehiko、Nakao Mitsuhiro T.
    • Journal Title

      Applied Numerical Mathematics

      Volume: 154 Pages: 36-46

    • DOI

      10.1016/j.apnum.2020.03.016

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  • [Journal Article] An alternative approach to norm bound computation for inverses of linear operators in Hilbert spaces2019

    • Author(s)
      Kinoshita Takehiko、Watanabe Yoshitaka、Nakao Mitsuhiro T.
    • Journal Title

      Journal of Differential Equations

      Volume: 266 Issue: 9 Pages: 5431-5447

    • DOI

      10.1016/j.jde.2018.10.027

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An improved method for verifying the existence and bounds of the inverse of second-order linear elliptic operators mapping to dual space2019

    • Author(s)
      Watanabe Yoshitaka、Kinoshita Takehiko、Nakao Mitsuhiro T.
    • Journal Title

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 407-420

    • DOI

      10.1007/s13160-019-00344-8

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  • [Journal Article] A computer‐assisted method for the diblock copolymer model2019

    • Author(s)
      Cai Shuting、Watanabe Yoshitaka
    • Journal Title

      ZAMM - Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift f?r Angewandte Mathematik und Mechanik

      Volume: 99 Issue: 7 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1002/zamm.201800125

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  • [Journal Article] On the compactness of a nonlinear operator related to stream function-vorticity formulation for the Navier-Stokes equations2017

    • Author(s)
      Watanabe Yoshitaka、Nakao Mitsuhiro T.、Nagatou Kaori
    • Journal Title

      JSIAM Letters

      Volume: 9 Issue: 0 Pages: 77-80

    • DOI

      10.14495/jsiaml.9.77

    • NAID

      130006252917

    • ISSN
      1883-0609, 1883-0617
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  • [Journal Article] Validated constructive error estimations for biharmonic problems2017

    • Author(s)
      Takehiko Kinoshita, Yoshitaka Watanabe, and Mitsuhiro T. Nakao
    • Journal Title

      Reliable Computing

      Volume: 25 Pages: 168-177

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  • [Journal Article] Some remarks on a priori estimates of highly regular solutions for the Poisson equation in polygonal domains2016

    • Author(s)
      Takehiko Kinoshita, Yoshitaka Watanabe, Nobito Yamamoto, and Mitsuhiro T. Nakao
    • Journal Title

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      Volume: 33 Issue: 3 Pages: 629-636

    • DOI

      10.1007/s13160-016-0223-y

    • NAID

      210000183342

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An efficient numerical verification method for the Kolmogorov problem of incompressible viscous fluid2016

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      Volume: 302 Pages: 157-170

    • DOI

      10.1016/j.cam.2016.01.055

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      2016 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Norm bound computation for inverses of linear operators in Hilbert spaces2016

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe, Kaori Nagatou, Michael Plum, and Mitsuhiro T. Nakao
    • Journal Title

      Journal of Differential Equations

      Volume: 260 Issue: 7 Pages: 6363-6374

    • DOI

      10.1016/j.jde.2015.12.041

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Some remarks on the rigorous estimation of inverse linear elliptic operators2016

    • Author(s)
      Takehiko Kinoshita, Yoshitaka Watanabe, and Mitsuhiro T. Nakao
    • Journal Title

      Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 9553 Pages: 225-235

    • DOI

      10.1007/978-3-319-31769-4_18

    • ISBN
      9783319317687, 9783319317694
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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A numerical verification method for nonlinear functional equations based on infinite-dimensional Newton-like iteration2016

    • Author(s)
      Y. Watanabe, M.T. Nakao
    • Journal Title

      Applied Mathematics and Computation

      Volume: 276 Pages: 239-251

    • DOI

      10.1016/j.amc.2015.12.021

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      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Recurrence relations of orthogonal polynomials in <I>H</I><sub>0</sub><sup>1</sup> and <I>H</I><sub>0</sub><sup>2</sup>2015

    • Author(s)
      T. Kinoshita, Y. Watanabe, M. T. Nakao
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      Volume: 6 Issue: 3 Pages: 404-409

    • DOI

      10.1587/nolta.6.404

    • NAID

      130005085581

    • ISSN
      2185-4106
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      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Kolmogorov問題に対する計算機援用証明における最大値ノルム評価とその応用2021

    • Author(s)
      小林 健太, 渡部 善隆
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年研究部会連合発表会, (オンライン), 2021年3月4日~3月5日.
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 重調和方程式の近似解に対する構成的誤差評価の改良2021

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2021年年会, 慶應義塾大学(オンライン), 応用数学分科会講演アブストラクト, pp. 87-88, 2021年3月15日~18日.
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Banach空間における有界線形作用素の近似に対する収束性2020

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年研究部会連合発表会, 中央大学, 2020年3月4日~5日.
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 有界作用素のレゾルベントに対するある近似作用素の強収束性について2020

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2020年年会, 日本大学, 応用数学分科会講演アブストラクト, pp. 117-118, 2020年3月16日~19日.
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  • [Presentation] Hilbert空間における線形作用素に対する可逆性検証の効率化2020

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年度年会講演予稿集, pp.444-445, 愛媛大学(オンライン), 松山市, 2020年9月8日~9月10日.
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  • [Presentation] Hilbert空間における線形作用素に対する可逆性検証の効率化とその応用2020

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏:
    • Organizer
      日本数学会2020年度秋季総合分科会 応用数学分科会講演アブストラクト, pp.107-110, 熊本大学(オンライン), 熊本市, 2020年9月22日~9月25日.
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  • [Presentation] Computer-assisted proofs for the Orr-Sommerfeld equation2019

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe
    • Organizer
      Workshop: Rigorous Computational Dynamics in Infinite Dimensions, April 3-6, 2019, Centre de recherches mathematiques (CRM), Universite de Montreal, Montre Quebec, Canada.
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A computer-assisted proof of the critical Reynolds number for the Orr-Sommerfeld equation,2019

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe
    • Organizer
      Numerical verification methods and their application to differential equations - Part 1, in the 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics, July 15-19, 2019, Valencia, Spain.
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical verification methods for nonlinear equations2019

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe
    • Organizer
      ST Sakura Exchange Program in Science, 2019, August 25-September 1, 2019, Niigata University. 発表日: 2019.8.29.
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  • [Presentation] H10射影誤差に対する2次の誤差評価の最良定数の包含方法について2019

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 山本 野人, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2019年度年会講演予稿集, pp.360-361, 東京大学駒場キャンパスI, 東京都, 2019年9月3日~9月5日.
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] H10関数の直交多項式近似に対する2次の誤差評価の最良定数について2019

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 山本 野人, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2019年度秋季総合分科会 応用数学分科会講演アブストラクト, pp.43-44, 金沢大学, 金沢市, 2019年9月17日~9月20日.
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Nakao et al. (2005) 最後の謎2019

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      第3回精度保証付き数値計算の実問題への応用研究集会(NVR 2019), サンポートホール高松 63会議室, 高松市, 2019年11月30日~12月1日
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  • [Presentation] ある楕円型境界値問題から導かれる近似作用素のノルムの収束性2019

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      応用数学合同研究集会, 発表番号A14-2, 龍谷大学瀬田キャンパス, 大津市, 2019年12月12日~12月14日
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Poisson方程式に対する構成的高次誤差評価とその応用2019

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 山本 野人, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2019年年会, 東京工業大学, 応用数学分科会講演アブストラクト, pp. 55-56, 2019年3月17日~20日
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  • [Presentation] Poisson方程式に対する構成的高次誤差評価2019

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 山本 野人, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2019年研究部会連合発表会, 筑波大学, 2019年3月4日~5日
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  • [Presentation] 精度保証付き数値計算入門《応用編》2018

    • Author(s)
      渡部 善隆
    • Organizer
      平成30年度NIFS共同研究 研究会「MHDシミュレーションにおける精度保証の可能性について」 核融合科学研究所, 土岐市, 岐阜県, 2018年12月11日~12日
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  • [Presentation] The essence of numerical verification methods for PDEs2018

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe
    • Organizer
      2018 Workshop on Recent views of Nonlinear Analysis, December 8-10, 2018, The Toba Chamber of Commerce and Industry, Toba, Japan
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  • [Presentation] 反復解法における誤差履歴2018

    • Author(s)
      渡部 善隆
    • Organizer
      第2回精度保証付き数値計算の実問題への応用研究集会(NVR 2018), 広島インテリジェントホテルスタジアム前, 広島市, 2018年12月1日~12月2日
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  • [Presentation] 2階線形楕円型作用素に対する可逆性検証と精度保証付きノルム評価の改善2018

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2018年度秋季総合分科会 応用数学分科会講演アブストラクト, 岡山大学, 岡山市, 2018年9月24日~9月27日
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  • [Presentation] A higher order error estimation for finite element approximations of the Poisson equation2018

    • Author(s)
      Takehiko Kinoshita, Yoshitaka Watanabe, Nobito Yamamoto and Mitsuhiro T. Nakao
    • Organizer
      18th GAMM-IMACS International Symposium on Scientific Computing, Computer Arithmetic, and Validated Numerics (SCAN 2018), September 10-15, 2018, Waseda University, Japan
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    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe, Michael Plum, Kaori Nagatou and Mitsuhiro T. Nakao
    • Organizer
      18th GAMM-IMACS International Symposium on Scientific Computing, Computer Arithmetic, and Validated Numerics (SCAN 2018), September 10-15, 2018, Waseda University, Japan
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  • [Presentation] 2階楕円型作用素に対する逆作用素ノルム評価の改良2018

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏:
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      日本応用数理学会2018年度年会講演予稿集, 名古屋大学東山キャンパス, 名古屋市, 2018年9月3日~9月5日
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      渡部 善隆
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      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
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      日本応用数理学会2018年研究部会連合発表会, 大阪大学, 2018年3月15日~16日.
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      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
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      日本数学会2018年年会, 東京大学, 応用数学分科会講演アブストラクト, pp. 103-106, 2018年3月18日~21日,
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      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
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      日本数学会2017年年会
    • Place of Presentation
      首都大学東京
    • Year and Date
      2017-03-24
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      Yoshitaka Watanabe
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      Rigorous Numerics for Infinite Dimensional Nonlinear Dynamics (17w5141), Rigorous Numerics for Infinite Dimensional Nonlinear Dynamics (17w5141), Banff, Canada, May 8-12, 2017.
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      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
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      日本応用数理学会2017年度年会講演予稿集, 武蔵野大学有明キャンパス, 東京都, 2017年9月6日~9月8日.
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      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2017年度秋季総合分科会 応用数学分科会講演アブストラクト, 山形大学, 山形市, 2017年9月11日~9月14日.
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 重調和問題の解に対する構成的誤差評価2017

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      第1回精度保証付き数値計算の実問題への応用研究集会(NVR 2017), 西日本総合展示場, 北九州市, 2017年12月9日~10日.
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Legendre多項式を用いた重調和問題の構成的誤差評価(といくつかの課題)2017

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      応用数学合同研究集会, 龍谷大学, 2017年12月14日~16日.
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] An alternative approach of invertibility verifications for linear operators in Hilbert spaces2017

    • Author(s)
      Takehiko Kinoshita, Yoshitaka Watanabe, Mitsuhiro T. Nakao
    • Organizer
      The International Workshop on Numerical Verification and its Applications 2017 (INVA 2017)
    • Place of Presentation
      Hotel breeze bay marina, Miyako-jima, Okinawa
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Validated constructive error estimatations for bi-harmonic problems2016

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe, Takehiko Kinoshita, and Mitsuhiro T. Nakao
    • Organizer
      17th GAMM-IMACS International Symposium on Scientific Computing, Computer Arithmetic, and Validated Numerics (SCAN 2016)
    • Place of Presentation
      Uppsala University, Sweden
    • Year and Date
      2016-09-26
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 重調和方程式の近似解に対する構成的誤差評価2016

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2016年度秋季総合分科会
    • Place of Presentation
      関西大学, 吹田市
    • Year and Date
      2016-09-15
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Legendre多項式による重調和方程式の精度保証付き誤差評価2016

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2016年度年会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場
    • Year and Date
      2016-09-12
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 精度保証付き数値計算による平行Poiseuille流れの高精度不安定性解析2016

    • Author(s)
      渡部 善隆, 木下 武彦, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2016年度年会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2016-03-16
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] H3 and H4 regularities of the Poisson equation on polygonal domains2015

    • Author(s)
      Takehiko Kinoshita, Yoshitaka Watanabe, and Mitsuhiro T. Nakao
    • Organizer
      Sixth International Conference on Mathematical Aspects of Computer and Information Sciences
    • Place of Presentation
      Zuse Institute Berlin, Berlin, Germany
    • Year and Date
      2015-11-11
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Kolmogorov問題の精度保証付き数値計算に対するいくつかの考察2015

    • Author(s)
      渡部 善隆
    • Organizer
      日本数学会2015年度秋季総合分科会
    • Place of Presentation
      京都産業大学
    • Year and Date
      2015-09-13
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 線形化Kolmogorov問題に対する固有値の除外について2015

    • Author(s)
      渡部 善隆, Kaori Nagatou, Michael Plum, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2015年度年会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2015-09-09
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] A nonlinear PDE verification -- Fukuoka, Karlsruhe2015

    • Author(s)
      Yoshitaka Watanabe
    • Organizer
      Nonlinear PDE Days
    • Place of Presentation
      Karlsruhe Institute of Technology, Germany
    • Year and Date
      2015-07-14
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] Numerical Verification Methods and Computer-Assisted Proofs for Partial Differential Equations2019

    • Author(s)
      Mitsuhiro T. Nakao, Michael Plum, and Yoshitaka Watanabe
    • Total Pages
      467
    • Publisher
      Springer Series in Computational Mathematics, Volume 53, Springer Singapore
    • ISBN
      9789811376696
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      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] Watanabe Yoshitaka's web page

    • URL

      http://ri2t.kyushu-u.ac.jp/~watanabe/

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      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] Yoshitaka Watanabe's home page

    • URL

      http://ri2t.kyushu-u.ac.jp/~watanabe/

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  • [Remarks] Watanabe, Yoshitaka's Home page

    • URL

      http://ri2t.kyushu-u.ac.jp/~watanabe/

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  • [Remarks] Watanabe, Yoshitaka's Home Page

    • URL

      http://ri2t.kyushu-u.ac.jp/~watanabe/

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      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] Watanabe Yoshitaka's Home Page

    • URL

      http://yebisu.cc.kyushu-u.ac.jp/~watanabe/

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      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2022-11-04  

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