<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vmait</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Computational Mathematics and Information Technologies</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Computational Mathematics and Information Technologies</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="epub">2587-8999</issn><publisher><publisher-name>Донской государственный технический университет</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.23947/2587-8999-2024-8-3-23-33</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vmait-167</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Mathematical Modelling (Математическое моделирование)</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Модифицированный метод Бубнова-Галеркина для решения краевых задач с линейным обыкновенным дифференциальным уравнением</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>A Modified Bubnov-Galerkin Method for Solving Boundary Value Problems with Linear Ordinary Differential Equations</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-0538-2445</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Волосова</surname><given-names>Н. К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Volosova</surname><given-names>N. K.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Наталья Константиновна Волосова, аспирант</p><p>105005; ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1; Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Natalya K. Volosova, Post-graduate Student</p><p>105005; 5–1, 2nd Baumanskaya St.; Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">navalosova@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7955-0587</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Волосов</surname><given-names>К. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Volosov</surname><given-names>K. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Константин Александрович Волосов, доктор физико-математических наук, профессор</p><p>кафедра прикладной математики</p><p>127994; ул. Образцова, 9, стр. 9; ГСП-4; Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Konstantin A. Volosov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor</p><p>Department of Applied Mathematics</p><p>127994; 9‒9, Obraztsova St.; GSP-4; Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">konstantinvolosov@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-0538-2445</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Волосова</surname><given-names>А. К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Volosova</surname><given-names>A. K.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Александра Константиновна Волосова, кандидат физико-математических наук, начальник отдела</p><p>ООО «Трамплин»; аналитический отдел</p><p>127994; ул. Образцова, 9, стр. 9; ГСП-4; Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Aleksandra K. Volosova, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Chief Department</p><p>“Tramplin” LLC; Analytical Department</p><p>127994; 9‒9, Obraztsova St.; GSP-4; Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">alya01@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-1398-6238</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Пастухов</surname><given-names>Д. Ф.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Pastukhov</surname><given-names>D. F.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Дмитрий Феликсович Пастухов, кандидат физико-математических наук, доцент</p><p>кафедра технологий программирования</p><p>211440; ул. Блохина, 29; Новополоцк</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Dmitriy F. Pastukhov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor</p><p>211440; 29, Blokhin St.; Novopolotsk</p></bio><email xlink:type="simple">dmitrij.pastuhov@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-3"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-8548-6959</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Пастухов</surname><given-names>Ю. Ф.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Pastukhov</surname><given-names>Yu. F.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Юрий Феликсович Пастухов, кандидат физико-математических наук, доцент</p><p>кафедра технологий программирования</p><p>211440; ул. Блохина, 29; Новополоцк</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Yuriy F. Pastukhov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor</p><p>211440; 29, Blokhin St.; Novopolotsk</p></bio><email xlink:type="simple">pulsar1900@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-3"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Bauman Moscow State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Российский университет транспорта</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Russian University of Transport</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-3"><aff xml:lang="ru"><institution>Полоцкий государственный университет им. Евфросинии Полоцкой</institution><country>Беларусь</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Polotsk State University named after Euphrosyne of Polotsk</institution><country>Belarus</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>08</day><month>10</month><year>2024</year></pub-date><volume>8</volume><issue>3</issue><fpage>23</fpage><lpage>33</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Волосова Н.К., Волосов К.А., Волосова А.К., Пастухов Д.Ф., Пастухов Ю.Ф., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Волосова Н.К., Волосов К.А., Волосова А.К., Пастухов Д.Ф., Пастухов Ю.Ф.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Volosova N.K., Volosov K.A., Volosova A.K., Pastukhov D.F., Pastukhov Y.F.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.cmit-journal.ru/jour/article/view/167">https://www.cmit-journal.ru/jour/article/view/167</self-uri><abstract><sec><title>   Введение</title><p>   Введение. Рассматривается решение краевых задач на отрезке с линейными обыкновенными дифференциальными уравнениями, в которых коэффициенты и правая часть являются непрерывными функциями. Условия ортогональности невязки уравнения координатным функциям дополняются системой линейно независимых краевых условий задачи. Число координатных функций m должно быть больше порядка n дифференциального уравнения.</p></sec><sec><title>   Материалы и методы</title><p>   Материалы и методы. Для численного решения краевой задачи предложена система линейно независимых координатных функций на симметричном отрезке [–1,1] с единичной нормой Чебышева каждой функции системы. Применен модифицированный метод Петрова-Галеркина с включением линейно независимых краевых условий исходной задачи в систему линейных алгебраических уравнений. Применена интегральная квадратурная формула с двенадцатым порядком погрешности для вычисления скалярного произведения двух функций.</p><p>   Результаты исследования. Получен критерий существования и единственности решения краевой задачи, при условии, что известны n линейно независимых решений однородного дифференциального уравнения. Получены формулы для матричных коэффициентов и коэффициентов правой части системы линейных алгебраическихуравнений для вектора разложения решения по системе координатных функций. Формулы получены для линейных дифференциальных уравнений второго и третьего порядков. Модифицированный метод Бубнова-Галеркина сформулирован для уравнения произвольного порядка.</p><p>   Обсуждение и заключение. Полученные формулы обобщенного метода Бубнова-Галеркина могут быть полезными для решения краевых задач с линейными обыкновенными дифференциальными уравнениями. Численно решены три краевых задачи с уравнениями второго и третьего порядков, равномерная норма невязки не превышает 10–11.</p></sec></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><sec><title>   Introduction</title><p>   Introduction. The paper considers the solution of boundary value problems on an interval for linear ordinary differential equations, in which the coefficients and the right-hand side are continuous functions. The conditions for the orthogonality of the residual equation to the coordinate functions are supplemented by a system of linearly independent boundary conditions. The number of coordinate functions m must exceed the order n of the differential equation.</p></sec><sec><title>   Materials and Methods</title><p>   Materials and Methods. To numerically solve the boundary value problem, a system of linearly independent coordinate functions is proposed on a symmetric interval [−1,1], where each function has a unit Chebyshev’s norm. A modified Petrov-Galerkin method is applied, incorporating linearly independent boundary conditions from the original problem into the system of linear algebraic equations. An integral quadrature formula with twelfth-order error is used to compute the scalar product of two functions.</p></sec><sec><title>   Results</title><p>   Results. A criterion for the existence and uniqueness of a solution to the boundary value problem is obtained, provided that n linearly independent solutions of the homogeneous differential equation are known. Formulas are derived for the matrix coefficients and the coefficients of the right-hand side in the system of linear algebraic equations for the vector expansion of the solution in terms of the coordinate function system. These formulas are obtained for second- and third-order linear differential equations. The modified Bubnov-Galerkin method is formulated for differential equations of arbitrary order.</p><p>   Discussion and Conclusions. The derived formulas for the generalized Bubnov-Galerkin method may be useful for solving boundary value problems involving linear ordinary differential equations. Three boundary value problems with second- and third-order differential equations are numerically solved, with the uniform norm of the residual not exceeding 10–11.</p></sec></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>численные методы</kwd><kwd>обыкновенные дифференциальные уравнения</kwd><kwd>краевые задачи</kwd><kwd>метод Галеркина</kwd><kwd>гидродинамика</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>numerical methods</kwd><kwd>ordinary differential equations</kwd><kwd>boundary value problems</kwd><kwd>Galerkin method</kwd><kwd>hydrodynamics</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Морозова Е.А. Разрешимость краевой задачи для системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2010;3(3):46–50.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Morozova E.A. Solvability of a boundary value problem for a system of ordinary differential equations. Bulletin of Perm University. Mathematics. Mechanics. Computer science. 2010;3(3):46–50. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Абдуллаев А.Р., Скачкова Е.А. Об одной многоточечной краевой задаче для дифференциального уравнения второго порядка. Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2014;2(25):5–9.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Abdullaev A.R., Skachkova E.A. On one multipoint boundary value problem for a second-order differential equation. Bulletin of Perm University. Mathematics. Mechanics. Informatics. 2014;2(25):5–9. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ершова Т.Я. Краевая задача для дифференциального уравнения третьего порядка с сильным пограничным слоем. Вестник Московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. 2020;1:30–39.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ershova T.Ya. Boundary value problem for a third-order differential equation with a strong boundary layer. Bulletin of Moscow University. Episode 15: Computational mathematics and cybernetics. 2020;1:30–39. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ершова Т.Я. О сходимости сеточного решения задачи для уравнения третьего порядка в случае сильного пограничного слоя. В: «Ломоносовские чтения: научная конференция». Москва: ООО «МАКС Пресс»; 2020. С. 77–78.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ershova T.Ya. On the convergence of a grid solution to the problem for a third-order equation in the case of a strong boundary layer. Lomonosov readings: scientific conference. 2020:77–78. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бахвалов Н.С. Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы : учебное пособие для студентов физико-математических специальностей высших учебных заведений. Московский гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. Москва: Бином. Лаборатория знаний; 2011. 636 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bakhvalov N.S., Zhidkov N.P., Kobelkov G.M. Numerical methods: a textbook for students of physics and mathematics specialties of higher educational institutions. Moscow: Binom. lab. Knowledge; 2011. 636 p. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бахвалов Н.С., Лапин А.В., Чижонков Е.В. Численные методы в задачах и упражнениях. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний; 2010. 240 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bakhvalov N.S., Lapin A.V., Chizhonkov E.V. Numerical methods in problems and exercises. Moscow: BINOM. Knowledge laboratory; 2010. 240 p. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алексеев В.М., Галеев Э.М., Тихомиров В.М. Сборник задач по оптимизации: Теория. Примеры. Задачи. Москва: Физматлит; 2008. 256 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alekseev V.M., Galeev E.M., Tikhomirov V.M. Collection of optimization problems: Theory. Examples. Problems. Moscow: FIZMATLIT; 2008. 256 p. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пастухов Д.Ф., Пастухов Ю.Ф., Волосова Н.К. Численные методы. Лекции. Численный практикум. Новополоцк; 2021. 237 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pastukhov D.F., Pastukhov Yu.F., Volosova N.K. Numerical methods. Lectures. Numerical workshop. Novopolotsk; 2021. 237 p. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пикулин В.П., Похожаев С.И. Практический курс по уравнениям математической физики. Москва: МЦНМО; 2004. 208 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pikulin V.P., Pohozhaev S.I. Practical course on the equations of mathematical physics. Moscow: MTsNMO; 2004. 208 p. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филиппов А.Ф. Сборник задач по дифференциальным уравнениям. Москва : URSS, 2009. 176 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filippov A.F. Collection of problems on differential equations. URSS, 2009. 176 p. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
