Bazı İntegral Denklemlerin Nokta Kollokasyon Yöntemiyle Çözümü

Çeşitli mühendislik veya fizik problemlerinde, özellikle elektromanyetik teori, termal ve radyasyon etkileri, akustik, elastisite ve akışkanlar mekaniğinde, bunları tanımlayan integral denklemlerin analitik çözümünü bulmak her zaman kolay veya mümkün değildir. Bu yüzden sayısal teknikler kullanılır. Bu çalışmada temel bilimlerde ve mühendislikte karşılaşılan integral denklemlerin sayısal çözümleri için kullanılabilecek polinom temelli kollokasyon yöntemi sunulmuştur. Yöntem, doğrusal veya doğrusal olmayan Volterra ve Fredholm integral denklemlerine uygulanacak şekilde formüle edilmiştir. Doğrusal olmayan denklemlerin kollokasyon noktalarında cebirsel denklemlere indirgenmesi ve meydana gelen denklem sisteminin çözümü mümkün olmuştur. İncelenen örneklerin sayısal sonuçları, önerilen bu yöntemin iyi çalıştığını ve az sayıda kollokasyon noktası alındığında bile polinom seçiminin yaklaşık çözüm için uygun olduğunu göstermektedir. Ayrıca, yöntemin performansı farklı polinom mertebeleri için karşılaştırılmıştır. Doğrusal olmayan problemlerin yaklaşık çözüm katsayılarını hesaplamak doğrusal problemlere göre daha uzun sürmektedir. Ayrıca bu problemlere uygun yaklaşık çözüm elde edebilmek için bulunan gerçek ve en küçük katsayıların kullanılması gerekmektedir.

Solution of Some Integral Equations by Point-Collocation Method

In several engineering or physics problems, particularly those involving electromagnetic theory, thermal and radiation effects, acoustics, elasticity, and some fluid mechanics, it is not always easy or possible to find the analytical solution of integral equations that describe them. For this reason, numerical techniques are used. In this study, Point-collocation method was applied to linear and nonlinear, Volterra and Fredholm type integral equations and the performance and accuracy of the method was compared with several other methods that seem to be popular choices. As the base functions, a suitably chosen family of polynomials were employed. The convergence of the method was verified by increasing the number of polynomial base functions. The results demonstrate that the collocation method performs well even with a relatively low number of base functions and is a good candidate for solving a wide variety of integral equations. Nonlinear problems take longer to calculate approximate solution coefficients than linear problems. Furthermore, it is necessary to use the real and smallest coefficients found in order to obtain a suitable approximate solution to these problems.

___

  • Abbasbandy, S., (2006). Numerical solutions of the integral equations: homotopy perturbation method and adomian’s decomposition method. Applied Mathematics and Computation, 173(1), 493-500. https://doi.org/10.1016/j.amc.2005.04.077.
  • Abbasbandy, S., and Shivanian, E.,(2011). A new analytical technique to solve Fredholm’s integral equations. Numerical Algorithms, 56, 27–43. https://doi.org/10.1007/s11075-010-9372-2
  • Adawi, A., Awawdeh, F., and Jaradat, H., (2009). A numerical method for solving linear integral equations. Int. J. Contemp. Math. Sciences, 4(10), 485–496.
  • Arikoglu, A., and Ozkol, I., (2008). Solutions of integral and integro-differential equation systems by using differential transform method. Computers & Mathematics with Applications, 56(9), 2411-2417. https://doi.org/10.1016/j.camwa.2008.05.017.
  • Biazar, J., and Eslami, M., (2010). Modified hpm for solving systems of volterra integral equations of the second kind. Journal of King Saud University-Science, 23(1), 35-39. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2010.06.004
  • Brunner, H., Hairer, E., and Njersett, S. P.,(1982). Runge-Kutta theory for volterra integral equations of the second kind. Mathematics of Computation, 39, 147-163. https://doi.org/10.2307/2007625
  • Chakraverty, S., Mahato, N.R., Karunakar, P., and Rao, T.D.,(2019). Advanced Numerical and Semi-Analytical Methods for Differential Equations. (1st ed.). USA: John Wiley & Sons, Inc.
  • Daddi-Moussa-Ider, A., Kaoui, B., Löwen, H., (2019). Axisymmetric flow due to a stokeslet near a finite-sized elastic membrane. Journal of the Physical Society of Japan, 88, 054401, 1-15. https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.054401
  • Darania, P., Ebadian, A., and Oskoi, A. V., (2006). Linearization method for solving nonlinear integral equations. Mathematical Problems in Engineering, 073714, 1-10. https://doi.org/10.1155/MPE/2006/73714.
  • Guo, P., (2020). Numerical simulation for fredholm integral equation of the second kind. Journal of Applied Mathematics and Physics, 8(11), 2438-2446. https://doi.org/10.4236/jamp.2020.811180
  • Huang, Y., Peng, S., Habibi, M., and Moradi, Z., (2023). Buckling simulation of eccentrically rotating nanocomposite sector plates in thermal environment using the 2D Chebyshev collocation method. Thin-Walled Structures, 193(111203). https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.111203
  • Krasnov, M., Kiselev, A., and Makarenko, G., (1971). Problems and Exercises in Integral Equations. (1st ed.). Moscow, Mir Publishers.
  • Matoog, R. T., Abdou, M. A., Abdel-Aty, M. A., (2023). New algorithms for solving nonlinear mixed integral equations. AIMS Mathematics, 8(11), 27488-27512. https://doi: 10.3934/math.20231406
  • Maturi, D.A.,(2019). The successive approximation method for solving nonlinear Fredholm integral equation of the second kind using maple. Advances in Pure Mathematics, 9(10), 832-843. https://doi.org/10.4236/apm.2019.910040
  • Prajapati, R., Mohan, R., and Kumar, P., (2012). Numerical solution of generalized Abel’s integral equation by variational iteration method. American Journal of Computational Mathematics, 2(4), 312-315. https://doi.org/10.4236/ajcm.2012.24042.
  • Shakeri, S., Saadati, R., Vaezpaur, S.M., and Vahidi, J., (2009). Variational iteration method for solving integral equations. Journal of Applied Sciences, 9(4), 799-800. https://doi.org/10.3923/jas.2009.799.800
  • Tannhäuser, K., Serrao P.H., and Kozinov, S., (2024). A three-dimensional collocation finite element method for higher-order electromechanical coupling. Computers & Structures, 291. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2023.107219
  • Wazwaz, A.M., and Khuri, S.A., (1996). Two methods for solving integral equations. Applied Mathematics and Computation, 77(1), 79-89. https://doi.org/10.1016/0096-3003(95)00189-1.
  • Wazwaz, A.M., (2011). Linear and nonlinear integral equations methods and applications. (1st ed.). Beijing:Higher Education Press.
  • Xi, Q., Fu, Z., Zou, M., and Zhang, C., (2024). An efficient hybrid collocation scheme for vibro-acoustic analysis of the underwater functionally graded structures in the shallow ocean. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 418(116537). https://doi.org/10.1016/j.cma.2023.116537
  • Yang, X., Wu, L., and Zhang, H., (2023). A space-time spectral order sinc-collocation method for the fourth-order nonlocal heat model arising in viscoelasticity. Applied Mathematics and Computation, 457. https://doi.org/10.1016/j.amc.2023.128192.
  • Yuzbasi, S., and Yildirim, G., (2023). A Pell–Lucas Collocation Approach for an SIR Model on the Spread of the Novel Coronavirus (SARS CoV-2) Pandemic: The Case of Turkey. Mathematics, 11(3), 697. https://doi.org/10.3390/math11030697
Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi-Cover
  • Başlangıç: 2010
  • Yayıncı: Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

İki Farklı Vermikültürün Marul (Lactuca sativa L.) Bitkisinin Gelişimi Üzerindeki Etkisi

Tuğba ÖZBUCAK, Selahattin ÖZBUCAK, İrem ÖZBUCAK, Alptekin ARISOY

Primula auriculata Lam. Türünün Vejetatif Organlarının Anatomik Özellikleri

Öznur ERGEN AKÇİN, Şükran ÖZTÜRK, Gülcan ŞENEL

Kimyasal Çöktürme Yöntemiyle Persülfat Aktivasyonu için Aktif Karbon Destekli Demir ve Kobalt Bazlı Katalizör Sentezi ve Eritromisin Degradasyonu için Uygulaması

Hatice ERDEM, Mehmet ERDEM

Mobil Cihazlar Kullanılarak Elde Edilen Eğri Taranmış Görüntülerin Düzeltilmesi

Erdal GÜVENOĞLU

Başkalaşabilen Sabit Kanatlı bir İnsansız Hava Aracında Sivrilen Kanat Ucunun Yanal ve Yön Kararlılık Katsayılarına Etkisi

Tuğrul OKTAY, Yüksel ERASLAN

Bazı İntegral Denklemlerin Nokta Kollokasyon Yöntemiyle Çözümü

Birkan DURAK, Hasan Ömür ÖZER, Şule KAPKIN, Hüseyin YILDIZ

Farklı Malathion Konsantrasyonlarının Kültürel Koşullarda Alg Büyümesi Üzerine Etkileri

Elif SOYLU, Bengü TEMİZEL

Bitlis Arin Gölünde Çevresel Gama Doz Ölçümü

Şule KARATEPE ÇELİK, Sultan ŞAHİN BAL

Kilis'te Sebze Olarak Tüketilen Erodium cicutarium (L.) L'Hér.'un Metanol Ekstraktının Antioksidan ve Antibakteriyal Aktiviteleri, Fenolik Bileşimi ile Aroma Bileşiklerinin Belirlenmesi

Filiz UÇAN TÜRKMEN, Gülcan KOYUNCU, Fatma Esen SARIGÜLLÜ ÖNALAN, Ümit Haydar EROL

Elektrikli Araçlar için DA Hızlı Şarj Cihazı Tasarımı ve Simülasyonu

Erdal KILIÇ