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2022 Fiscal Year Annual Research Report

精度保証付き数値計算の前進---有限と無限をつなぐもの---

Research Project

Project/Area Number 21H01000
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

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

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土屋 卓也  愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (00163832)
宮路 智行  京都大学, 理学研究科, 准教授 (20613342)
木下 武彦  佐賀大学, 理工学部, 准教授 (30546429)
小林 健太  一橋大学, 大学院経営管理研究科, 教授 (60432902)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords精度保証付き数値計算 / 計算機援用証明 / 射影誤差評価 / 線形作用素の可逆性 / 非線形偏微分方程式 / 有限要素法
Outline of Annual Research Achievements

・流体の基礎方程式であるNavier-Stokes方程式に特別な外力項を課したKolmogorov問題に対し、解の存在検証において重要な役割を果たす無限次元空間の最大値ノルムをほぼ最適に評価する手法を提案し、研究成果を公開した。また、得られた最大値ノルム評価を用いてKolmogorov問題の解の存在検証領域精度の大幅な改善に成功した。
・2階楕円型作用素において得られた前年度の成果を拡張し、ヒルベルト空間における無限次元線形作用素の可逆性と逆作用素ノルムを数学的に厳密な意味で検証する新しい精度保証付き数値計算アルゴリズム構築を行った。また、手法を4階楕円型作用素、非線形波動方程式から得られる特異性を持つ微分作用素を含め様々な線形作用素に適用し、その有効性を実証した。
・2階楕円型線形作用素の可逆性の検証と逆作用素ノルムの精度保証付き評価に対する研究成果として、適切な仮定のもとで、逆作用素ノルムの有限次元一様近似が収束することを理論的に明らかにし、研究成果を公開した。また、具体的な収束オーダー評価および一般化への検討を行った。
・Navier-Stokes方程式に関連したProudman-Johnson方程式に対し、解を包含する無限次元集合の射影に相当する有限次元部分を区間係数と基底関数の一次結合で表現することにより、精度保証付き数値計算を効率化した。また、Kolmogorov問題の最大値ノルム評価の知見を活かした効果的な最大値ノルム評価を定式化に組み込んだ。結果として、従来達成することができなかった高レイノルズ数における解の計算機援用証明に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究分担者および海外共同研究者との連携の結果、研究計画に沿った形で順調に進展していると判断します。コロナ禍により海外共同研究者の招聘が昨年度に引き続き叶わなかったものの、可能な限りの代替手段を用いて意思疎通を図りました

Strategy for Future Research Activity

研究年度2年目においても、昨年度に引き続き、それぞれの研究において得られた成果を踏まえ、更なる手法の改良と応用・展開に向けての見通しを立てることができました。また研究を遂行する上での課題の洗い出しも一部対面での研究打合せによって行うことができました。その成果を踏まえて更なる研究課題の推進を行いたいと考えています。

  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Fujian Jiangxia University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Fujian Jiangxia University
  • [Int'l Joint Research] University of Innsbruck(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      University of Innsbruck
  • [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Karlsruhe Institute of Technology
  • [Journal Article] On Some Convergence Properties for Finite Element Approximations to the Inverse of Linear Elliptic Operators2023

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

      Acta Cybernetica

      Volume: 26 Pages: 71~82

    • DOI

      10.14232/actacyb.294906

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Inclusion method of optimal constant with quadratic convergence for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="d1e2144" altimg="si2.svg"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>-projection error estimates and its applications2023

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

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      Volume: 417 Pages: 114521~114521

    • DOI

      10.1016/j.cam.2022.114521

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficient Approaches for Verifying the Existence and Bound of Inverse of Linear Operators in Hilbert Spaces2023

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

      Journal of Scientific Computing

      Volume: 94 Pages: -

    • DOI

      10.1007/s10915-023-02097-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improvement of infinity norm estimations related to computer-assisted proofs of the Kolmogorov problem2022

    • Author(s)
      Kobayashi Kenta、Watanabe Yoshitaka
    • Journal Title

      JSIAM Letters

      Volume: 14 Pages: 92~95

    • DOI

      10.14495/jsiaml.14.92

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 楕円型線形作用素に対する近似逆作用素ノルムの収束性評価2023

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本応用数理学会2023年研究部会連合発表会, 岡山理科大学, 2023年3月8日~10日.
  • [Presentation] 2階楕円型線形作用素に対する近似逆作用素ノルムの収束オーダー評価2023

    • Author(s)
      木下 武彦, 渡部 善隆, 中尾 充宏
    • Organizer
      日本数学会2023年年会, 中央大学, 応用数学分科会講演アブストラクト, pp. 103-104, 2023年3月15日~18日.
  • [Presentation] Proudman-Johnson方程式の定常解に対する精度保証付き数値計算 ~Miyaji-Okamoto定理の別証~2022

    • Author(s)
      渡部 善隆
    • Organizer
      日本応用数理学会2022年度年会講演予稿集, A3-1-1, 北海道大学(セミハイブリッド), 札幌市, 2022年9月8日~9月10日.
  • [Presentation] 精度保証付き数値計算によるProudman Johnson 方程式の定常解の存在別証2022

    • Author(s)
      渡部 善隆
    • Organizer
      日本数学会2022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.79-80, 北海道大学, 札幌市, 2022年9月13日~9月16日.
  • [Remarks] Watanabe Yoshitaka's web

    • URL

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

URL: 

Published: 2023-12-25  

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