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2014 年度 実績報告書

反応拡散系の漸近解構築への理論的アプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 24540216
研究機関宮崎大学

研究代表者

飯田 雅人  宮崎大学, 工学教育研究部, 教授 (00242264)

研究分担者 二宮 広和  明治大学, 総合数理学部, 専任教授 (90251610)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード反応拡散系 / 漸近解
研究実績の概要

反応拡散系は複数の成分の拡散と非線形相互作用を表す連立偏微分方程式系である。反応拡散系には、非線形項の形やパラメータの値によっては、特徴的な形状をした解が存在することが、多くの数値実験から示唆されている。本研究では、これらの特徴的な形状をした解のうち、角遷移層(解の勾配が急激に変化する薄い層)や内部遷移層(解の値が急激に変化する薄い層)を持つ解に対し、その形状を精密に近似する漸近解の理論的な構築手法の確立を目指した。
角遷移層が現れる複数の反応拡散系に対し、角遷移層内だけを局所的に近似する形式的な漸近解と、角遷移層の外側だけを精密に近似する形式的な漸近解を別々に構築し、それらを接合するという方針(接合漸近展開法)のもとで、これらの反応拡散系に共通に現れる解構造を検討した。その結果、角遷移層の厚みを形式的にゼロに近づける特異極限において、これらの反応拡散系はどれも角遷移層の外側では特定の自由境界問題に帰着されることが明らかになった。その成果および関連する解構造に対する考察を、解説記事として査読付き雑誌に発表した。また、接合可能性の証明には至らなかったものの、その準備として角遷移層型定常解に対する線形化固有値の挙動を詳細に調べた結果、より一般の移流反応拡散方程式も含む複数の反応拡散系に対し、特徴的な形状をした定常解たちの構造が明らかになった。引き続き実施する新たな研究課題の中で、非定常解に対する線形化固有値の挙動を調べ、接合可能性の証明を目指す。
一方、角遷移層と同時に内部遷移層が現れる状況の漸近解を構築するため、反応項を二成分のべき乗形に単純化した二成分反応拡散系に対し、相互作用の次数をさまざまな値に取り替えて、遷移層の移動速度の変化を調べた。その結果、次数に応じて、移動速度は有限値のみならず無限大にもゼロにもなり得ることが明らかになり、この事実に対する部分的な証明を与えた。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Limiting structure of steady-states to the Lotka-Volterra competition model with large diffusion and advection2015

    • 著者名/発表者名
      Kousuke Kuto and Tohru Tsujikawa
    • 雑誌名

      Journal of Differential Equations

      巻: 258 ページ: pp.1801-1858

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The behavior of the interfaces in the fast reaction limits of some reaction-diffusion systems with unbalanced interactions2014

    • 著者名/発表者名
      Masato Iida, Harunori Monobe, Hideki Murakawa and Hirokazu Ninomiya
    • 雑誌名

      数理解析研究所講究録(京大数理解析研究所)

      巻: 1892 ページ: pp.88-94

  • [雑誌論文] 反応拡散近似とその周辺2014

    • 著者名/発表者名
      飯田 雅人、二宮 広和
    • 雑誌名

      数学(日本数学会編集、岩波書店発行)

      巻: 66 ページ: pp.225-248

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple existence of traveling waves of a free boundary problem describing cell motility2014

    • 著者名/発表者名
      Harunori Monobe and Hirokazu Ninomiya
    • 雑誌名

      Discrete and Continuous Dynamical Systems. Ser. B

      巻: 19 ページ: pp.789-799

    • 査読あり
  • [学会発表] Vanishing, moving and immovable interfaces in fast reaction limits2015

    • 著者名/発表者名
      Masato Iida
    • 学会等名
      The 32nd Kyushu Symposium on Partial Differential Equations
    • 発表場所
      九州大学西新プラザ
    • 年月日
      2015-01-28 – 2015-01-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 移流反応拡散方程式におけるパターン形成について2014

    • 著者名/発表者名
      辻川 亨
    • 学会等名
      研究集会「第11回生物数学の理論とその応用」
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所
    • 年月日
      2014-09-16 – 2014-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of a free boundary problem arising from excitable systems2014

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ninomiya
    • 学会等名
      Sixth Euro-Japanese Workshop on Blow-up
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2014-09-01 – 2014-09-05
    • 招待講演
  • [図書] 侵入・伝播と拡散方程式2014

    • 著者名/発表者名
      二宮 広和
    • 総ページ数
      185
    • 出版者
      共立出版

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公開日: 2016-06-01  

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