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開催情報 火曜日 16:30~18:00 数理科学研究科棟(駒場) 056号室
担当者 齊藤宣一
セミナーURL http://www.infsup.jp/utnas/



15:00-16:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Michael Plum 氏 (Karlsruhe Insitute of Technology)
Existence, multiplicity, and orbital stability for travelling waves in a nonlinearly supported beam (English)
[ 講演概要 ]
For a nonlinear beam equation with exponential nonlinearity, we prove existence of at least 36 travelling wave solutions for the specific wave speed c=1.3. Our proof makes heavy use of computer assistance: starting from numerical approximations, we use a fixed point argument to prove existence of solutions "close to" the approximate ones. Furthermore we investigate the orbital stability of these solutions by making use of both analytical and computer-assisted techniques.


16:15-17:15   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
長藤かおり 氏 (Karlsruhe Insitute of Technology)
An approach to computer-assisted existence proofs for nonlinear space-time fractional parabolic problems (English)
[ 講演概要 ]
We consider an initial boundary value problem for a space-time fractional parabolic equation, which includes the fractional Laplacian, i.e. a nonlocal operator. We treat a corresponding local problem which is obtained by the Caffarelli-Silvestre extension technique, and show how to enclose a solution of the extended problem by computer-assisted means.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 128号室
三浦達彦 氏 (東京大学大学院数理科学研究科)
Finite volume scheme for the Hamilton-Jacobi equation on an evolving surface (Japanese)
[ 講演概要 ]
In this talk we consider the first-order Hamilton-Jacobi equation on a given closed evolving surface embedded into the three-dimensional Euclidean space, which describes the motion of a closed curve on the evolving surface. Our aim is to give a numerical scheme and establish its convergence and an error estimate between numerical and viscosity solutions.
Based on a finite volume scheme for the Hamilton-Jacobi equation on a flat domain introduced by Kim and Li (J. Comput. Math., 2015), we construct a numerical scheme on triangulated surfaces and prove its monotonicity and consistency without assuming that the triangulation is acute. Then applying these results we show the convergence of a numerical solution to a viscosity solution and an error estimate of the same order as in the case of a flat stationary domain.
This talk is based on a joint work with Prof. Klaus Deckelnick (Otto von Guericke University Magdeburg) and Prof. Charles M. Elliott (University of Warwick).


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 117号室
小山大介 氏 (電気通信大学大学院情報理工学研究科)
Hybrid discontinuous Galerkin methods for nearly incompressible elasticity problems
[ 講演概要 ]
A Hybrid discontinuous Galerkin (HDG) method for linear elasticity problems has been introduced by Kikuchi et al. [Theor. Appl. Mech. Japan, vol.57, 395--404 (2009)], [RIMS Kokyuroku, vol.1971, 28--46 (2015)]. We consider to seek numerical solutions of the plane strain problem by the HDG method, especially in the case when materials are nearly incompressible, that is, when the first Lam\'e parameter $\lambda$ is large. In this talk, we consider two cases when the HDG method uses a lifting term and does not use it. When the lifting term is used, the method can be free of volumetric locking. On the other hand, when the lifting term is not used, we have to take an interior penalty parameter of order $\lambda$ as $\lambda$ tends to infinity, in order to guarantee the coercivity of the bilinear form. Taking such an interior penalty parameter causes volumetric locking phenomena. We thus conclude that the lifting term is essential for avoiding the volumetric locking in the HDG method.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
石川歩惟 氏 (神戸大学大学院システム情報学研究科)
変分原理に基づくエネルギー保存数値解法と無制約最適化問題への応用 (Japanese)
[ 講演概要 ]
構造保存型数値解法は, 方程式のもつ力学的構造に着目し, その力学的性質を保つようにしてスキームを設計する数値計算法である. 特に, エネルギー保存則を厳密に保つような数値解法はエネルギー保存数値解法と呼ばれ, 離散勾配法などが知られている. 離散勾配法とは, 勾配の性質を引き継ぐよう定義された離散勾配と呼ばれるものをスキームに用いる方法で, この方法によるスキームは安定性に優れたものとなることが多い. その一方, 多くの場合に陰的になり, また, 解析力学における基本原理である変分原理との対応も明らかではない. また, 離散勾配自体の導出も, 容易でない場合もある.
 そこで, 我々は, 離散勾配法の枠組みに変分原理を取り入れたエネルギー保存数値解法を提案してきた. 本講演では, この手法について紹介したのち, 変分原理を活かしたエネルギー散逸系に対する方法への拡張方法について述べる. また, これと離散勾配を自動的に導出する自動離散微分という方法を組み合わせ, 無制約最適化問題の近似解法を設計する. 最後に, 最近の話題として, Lie群上でのスキーム設計手法についても述べる.


16:00-17:30   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Christian Klingenberg 氏 (Wuerzburg University, Germany)
On the numerical discretization of the Euler equations with a gravitational force and applications in astrophysics (English)
[ 講演概要 ]
We consider astrophysical systems that are modeled by the multidimensional Euler equations with gravity.
First for the homogeneous Euler equations we look at flow in the low Mach number regime. Here for conventional finite volume discretizations one has excessive dissipation in this regime. We identify inconsistent scaling for low Mach numbers of the numerical fux function as the origin of this problem. Based on the Roe solver a technique that allows to correctly represent low Mach number flows with a discretization of the compressible Euler equations is proposed. We analyze properties of this scheme and demonstrate that its limit yields a discretization of the incompressible limit system.
Next for the Euler equations with gravity we seek well-balanced methods. We describe a numerical discretization of the compressible Euler equations with a gravitational potential. A pertinent feature of the solutions to these inhomogeneous equations is the special case of stationary solutions with zero velocity, described by a nonlinear PDE, whose solutions are called hydrostatic equilibria. We present well-balanced methods, for which we can ensure robustness, accuracy and stability, since it satisfies discrete entropy inequalities.
We will then present work in progress where we combine the two methods above.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
中野張 氏 (東京工業大学大学院情報理工学院)
[ 講演概要 ]

本講演では,上述の問題を解決するためにメッシュフリー選点法の適用を提案し,最近の研究成果について報告する.この目的のため,(1) 種々の確率論的問題と放物型偏微分方程式の関係の概説,(2) 粘性解の紹介,(3) 既存数値解法の紹介,(4) 動径基底関数による補間理論の紹介,(5) メッシュフリー選点法の導出,(6) 収束証明に関する結果の紹介,



16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
Ming-Cheng Shiue 氏 (National Chiao Tung University)
Boundary conditions for Limited-Area Models (English)
[ 講演概要 ]
The problem of boundary conditions in a limited domain is recognized an important problem in geophysical fluid dynamics. This is due to that boundary conditions are proposed to have high resolution over a region of interest. The challenges for proposing later boundary conditions are of two types: on the computational side, if the proposed boundary conditions are not appropriate, it is well-known that the error from the lateral boundary can propagate into the computational domain and make a major effect on the numerical solution; on the mathematical side, the negative result of Oliger and Sundstrom that these equations including the inviscid primitive equations and shallow water equations in the multilayer case are not well-posed for any set of local boundary conditions.
In this talk, three-dimensional inviscid primitive equations and (one-layer and two-layer) shallow water equations which have been used in the limited-area numerical weather prediction modelings are considered. Our goals of this work are two folds: one is to propose boundary conditions which are physically suitable. That is, they let waves move freely out of the domain without producing spurious waves; the other is to numerically implement these boundary conditions by proposing suitable numerical methods. Numerical experiments are presented to demonstrate that these proposed boundary conditions and numerical schemes are suitable.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
野津裕史 氏 (金沢大学理工研究域)
Numerical analysis of viscoelastic fluid models (Japanese)
[ 講演概要 ]
Numerical methods for viscoelastic fluid models are studied. In viscoelastic fluid models the stress tensor is often written as a sum of the viscous stress tensor depending linearly on the strain rate tensor and the extra stress tensor for the viscoelastic contribution. In order to describe the viscoelastic contribution another equation for the extra stress tensor is required. In the talk we mainly deal with the Oldroyd-B and the Peterlin models among several proposed viscoelastic fluid models, and present error estimates of finite element schemes based on the method of characteristics. The key issue in the estimates is the treatment of the divergence of the extra stress tensor appearing in the equation for the velocity and the pressure.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
榊原航也 氏 (東京大学大学院数理科学研究科)
基本解近似解法の理論と応用 (日本語)
[ 講演概要 ]
基本解近似解法 (Method of Fundamental Solutions, MFS) は,線型同次偏微分方程式に対するメッシュフリー数値解法である.MFSのアイディアは非常に単純であり,特異点が考えている領域の外部にある,偏微分作用素の基本解の線型結合により近似解を与え,線型結合の係数は選点法(collocation method)により決定する.つまり,差分法や有限要素法とは異なって,領域のメッシュ分割が不要であり(点を配置するだけである),プログラミングも容易である.さらに,特筆すべき性質として,ある条件下では,近似誤差が点の数に関して指数的に減衰することが知られている(通常の差分法や有限要素法では,近似誤差は多項式オーダーで減衰する).一方で,"どのような点配置の下で誤差は指数減衰するか",という問いに対する決定的な回答は未だに与えられておらず,MFSの理論研究における最も大きな未解決問題であると言ってよい.このように,MFSに対する数学的理論整備はまだまだ発展途上であるが,数値計算の観点からの研究は非常に豊富に行われており,様々な方程式に対して有効と思われる数値計算アルゴリズムが提案されてきた.




16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
内海晋弥 氏 (早稲田大学基幹理工学部)
Lagrange-Galerkin 法における諸問題とその解決策:計算可能性・粘性係数依存性・流入境界条件 (日本語)
[ 講演概要 ]

(1) LGスキームの理論と実装の間には乖離が存在していた.スキームに現れる合成関数項を厳密に計算することは困難である一方,誤差評価はそれが厳密に計算されるという仮定の下でなされていた.最近我々は,ナヴィエ・ストークス問題のための,厳密に計算でき,かつ,数値解の厳密解への収束性が数学的に証明できるLGスキームを作成し,収束性を示した.本パートでは,このスキームについて述べる.

(2) 上記スキームでは,時間刻みと空間メッシュサイズに関して最適オーダーでの誤差評価が得られるが,定数には粘性係数依存性が現れる.この依存性は,ナヴィエ・ストークス問題のみならず,より簡単なストークス問題にも現れる.Pk/Pk要素を用い,適切な安定化項を加えたスキームは,Pk/Pk−1要素を用いたスキームと比較して,粘性係数依存性が改善できることが示されている.本パートではオセーン問題に対してその誤差評価を述べる.

(3) LGスキームにおける解析では,ほとんどの場合,流速が境界で0という条件が課されていた.講演者の知る限り,流入境界条件を持つ問題に対して,収束性は示されていない.本パートでは,流入境界条件を持つ移流拡散問題に対するあるスキームを提案し,その収束性を述べる.

(1) は田端正久先生との,(3) はH. Egger先生(ダルムシュタット工科大学)との共同研究である.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 117号室
河原田秀夫 氏 (AMSOK, 千葉大学名誉教授)
炭酸カルシウムScale(湯あか)形成の抑止原理の解明 (日本語)
[ 講演概要 ]
最近、その表面にSiO2等の無機酸化物を含む球状(直径1cm程度)のセラミック球を金属銅、および金属銀の壁によって構成される円筒型の容器内に充填した装置が井川重信氏によって開発された(特許4660317号 登録日平成23年1月7日)。循環水中に上記装置を設置してセラミック球に接触させることにより、炭酸カルシウムのscale形成を抑止する。


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
Sotirios E. Notaris 氏 (National and Kapodistrian University of Athens)
Gauss-Kronrod quadrature formulae (English)
[ 講演概要 ]
In 1964, the Russian mathematician A.S. Kronrod, in an attempt to estimate practically the error term of the well-known Gauss quadrature formula, presented a new quadrature rule, which since then bears his name. It turns out that the new rule was related to some polynomials that Stieltjes developed some 70 years earlier, through his work on continued fractions and the moment problem. We give an overview of the Gauss-Kronrod quadrature formulae, which are interesting from both the mathematical and the applicable point of view.
The talk will be expository without requiring any previous knowledge of numerical integration.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
鍾菁廣 氏 (大阪大学サイバーメディアセンター)
半導体における量子流体方程式系の数値解法 (日本語)
[ 講演概要 ]
本講演では, Wigner-Boltzmann方程式から階層的に導出される量子流体方程式とその数値スキームについて述べる. 量子流体方程式から階層モデルの一つである放物-楕円型の量子エネルギー輸送方程式(4モーメントQETモデル)が導出される. 運動量保存式とエネルギー保存式が同一形式に書けることに着目し, 有限体積法を基にした高精度保存スキームを開発した. さらに減速緩和法による反復解法を開発し, これにより量子効果とホットキャリア効果を伴った半導体内の電子輸送のシミュレーションを実現した. 本講演では, さらに半導体デバイスの現実問題に対する対応についても述べる.


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
藤原宏志 氏 (京都大学大学院情報学研究科)
Towards fast and reliable numerical computations of the stationary radiative transport equation (日本語)
[ 講演概要 ]
The radiative transport equation (RTE) is a mathematical model of near-infrared light propagation in human tissue, and its analysis is required to develop a new noninvasive monitoring method of our body or brain activities. Since stationary RTE describes light intensity depending on a position and a direction, a discretization model of 3D-RTE is essentially a five dimensional problem. Therefore to establish a reliable and practical numerical method, both theoretical numerical analysis and computing techniques are required.

We firstly introduce huge-scale computation examples of RTE with bio-optical data. A high-accurate numerical cubature on the unit sphere and a hybrid parallel computing technique using GPGPU realize fast computation. Secondly we propose a semi-discrete upwind finite volume method to RTE. We also show its error estimate in two dimensions.

This talk is based on joint works with Prof. Y.Iso, Prof. N.Higashimori, and Prof. N.Oishi (Kyoto University).


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
鈴木厚 氏 (大阪大学サイバーメディアセンター)
Dissection : A direct solver with kernel detection for finite element matrices
[ 講演概要 ]
Large-scale sparse matrices are solved in finite element analyses of elasticity and/or flow problems. In some cases, the matrix may be singular, e.g. due to pressure ambiguity of the Navier-Stokes equations, or due to rigid body movements of sub-domain elasticity problems by a domain decomposition method. Therefore, it is better the linear solver understands rank-deficiency of the matrix.
By assuming the matrix is factorized into LDU form with a symmetric partial permutation, and by introducing a threshold to postpone factorization for pseudo null pivots, solvability of the last Schur complement matrix will be examined. Usual procedure for rank-deficiency problem is based on computation of eigenvalues or singular values and an introduced threshold determines the null space. However, developed new algorithm in DOI:10.1002/nme.4729 is based on computation of residuals combined with orthogonal projections onto supposed image spaces and there is no necessary to introduce a threshold for understanding zero value in floating point. The algorithm uses higher precision arithmetic, e.g. quadruple precision, to distinguish numerical round-off errors that occurred during factorization of the whole sparse matrix from ones during the kernel detection procedure itself.
This is joint work with François-Xavier Roux (LJLL, UPMC/ONERA).


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
保國惠一 氏 (筑波大学システム情報系)
最小二乗問題に対する内部反復前処理とその応用 (日本語)
[ 講演概要 ]
大規模最小二乗問題を解くためのクリロフ部分空間法に対する前処理法である、内部反復前処理について議論する。本前処理法は複数反復の定常反復法を用い、正規方程式に対する逐次過緩和法 (SOR法) を用いるものが効率的である。SOR内部反復を用いた左 (右) 前処理付き一般化最小残差法 (BA (AB) -GMRES) 法は、ランク落ちである場合に対しても破綻することなく最小二乗解 (線形方程式の最小ノルム解) を与える。内部反復前処理は従来の不完全行列分解型前処理よりも必要な記憶容量が少なく、悪条件およびランク落ちである最小二乗問題に対してもロバストである。
このような内部反復前処理の応用として取り上げるのは (1) 最小二乗解ベクトル自体のノルムが最小である解 (最小ノルム最小二乗解) を求めるという一般最小二乗問題および (2) 線形計画問題に対する内点法に現れる線形方程式の求解である。(1)では二段階からなる手続きで最小ノルム最小二乗解を計算することができるが、第一段階では最小二乗解、第二段階では線形方程式の最小ノルム解を計算する必要がある。各段階でSOR内部反復前処理付きGMRES法を用いることを提案し、いくつかのテスト問題に対して従来法よりも効率的であることを数値実験で示す。(2)では内点法の反復終盤には解くべき線形方程式が非常に悪条件になる。そこで内部反復前処理を用いることで頑健な求解を実現する。この問題に現れる線形方程式に内部反復前処理を適用するための効率的な定式化を行い、ベンチマーク問題に対する数値実験で従来法に比べて本手法が頑健であることを示す。(2)はYiran Cui氏 (University College London)、土谷隆氏 (政策研究大学院大学) 、および速水謙氏 (国立情報学研究所)との共同研究である。


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
田中健一郎 氏 (武蔵野大学工学部)
重み付きハーディ空間における関数近似公式および数値積分公式の設計に対するポテンシャル論的アプローチ (日本語)
[ 講演概要 ]



16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
柏原崇人 氏 (東京大学大学院数理科学研究科)
滑らかな領域における有限要素法の誤差評価について (日本語)
[ 講演概要 ]


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Eric Chung 氏 (Chinese University of Hong Kong)
Staggered discontinuous Galerkin methods for the incompressible Navier-Stokes equations (English)
[ 講演概要 ]
In this talk, we present a staggered discontinuous Galerkin method for the approximation of the incompressible Navier-Stokes equations. Our new method combines the advantages of discontinuous Galerkin methods and staggered meshes, and results in many good properties, namely local and global conservations, optimal convergence and superconvergence through the use of a local postprocessing technique. Another key feature is that our method provides a skew-symmetric discretization of the convection term, with the aim of giving a better conservation property compared with existing discretizations. We also analyze the stability and convergence of the method. In addition, we will present some numerical results to show the performance of the proposed method.


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Fredrik Lindgren 氏 (大阪大学)
Numerical approximation of spinodal decomposition in the presence of noise (English)
[ 講演概要 ]
Numerical approximations of stochastic partial differential equations (SPDE) has evolved to a vivid subfield of computational mathematics in the last decades. It poses new challenges both for numerical analysis and the theory of SPDE.

In this talk we will discuss the strength and weaknesses of the \emph{semigroup approach} to SPDE when it is combined with the idea of viewing a single-step method in time as a \emph{rational approximation of a semigroup}. We shall apply this framework to the stochastic Allen-Cahn equation, a parabolic semi-linear SPDE where the non-linearity is non-globally Lipschitz continuous, but has a \emph{one-sided Lipschitz condition}, and the deterministic equation has a Lyapunov functional.

We focus on semi-discretisation in time, the first step in Rothe's method, and show how the semigroup approach allows for convergence proofs under the assumption that the numerical solution admits moment bounds. However, this assumption turns out to be difficult to verify in the semi-group framework, and the rates achieved are not sharp. This is due to the fact that the one-sided Lipschitz condition, being a variational inequality, can't be utilised. We thus turn to variational methods to solve this issue.

If time admits we shall also comment on the stochastic Cahn-Hilliard equation where the non-linearity has a one-sided Lipschitz condition in a lower norm, only. However, the fact of convergence can still be proved.

This is joint work with Daisuke Furihata (Osaka University), Mih\'aly Kov\'acs (University of Otago, New Zealand), Stig Larsson (Chalmers University of Technology, Sweden) and Shuji Yoshikawa (Ehime University).


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
小守良雄 氏 (九州工業大学大学院情報工学研究院)
Stabilized Runge-Kutta methods for the weak approximation of solutions of stochastic differential equations (日本語)
[ 講演概要 ]
We are concerned with numerical methods which give weak approximations for stiff It\^{o} stochastic differential equations (SDEs). Implicit methods are one of good candidates to deal with such SDEs. In fact, a well-designed implicit method has been recently proposed by Abdulle and his colleagues [Abdulle et al. 2013a]. On the other hand, it is well known that the numerical solution of stiff SDEs leads to a stepsize reduction when explicit methods are used. However, there are some classes of explicit methods that are well suited to solving some types of stiff SDEs. One such class is the class of stochastic orthogonal Runge-Kutta Chebyshev (SROCK) methods [Abdulle et al. 2013b]. SROCK methods reduce to Runge-Kutta Chebyshev methods when applied to ordinary differential equations (ODEs). Another promising class of methods is the class of explicit methods that reduce to explicit exponential Runge-Kutta (RK) methods [Hochbruck et al. 2005, 2010] when applied to semilinear ODEs.
In this talk, we will propose new exponential RK methods which achieve weak order two for multi-dimensional, non-commutative SDEs with a semilinear drift term. We will analytically investigate their stability properties in mean square, and will check their performance in numerical experiments.
(This is a joint work with D. Cohen and K. Burrage.)


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
宮武勇登 氏 (名古屋大学大学院工学研究科)
ハミルトン系に対する並列エネルギー保存解法 (日本語)
[ 講演概要 ]
本講演では,ハミルトン系に対するエネルギー保存解法について考える. エネルギー保存解法の研究は,近年になってようやく高精度解法導出の アイデアが提案されつつあるが,高精度化には計算コストの大幅な増大を 伴う.そこで,本講演では,無段式ルンゲクッタ法と呼ばれる数値解法の エネルギー保存条件,次数条件,並列化可能条件をある行列を用いて表現 することで,並列化可能な高精度エネルギー保存解法を導出する.


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
尾崎克久 氏 (芝浦工業大学システム理工学部)
[ 講演概要 ]


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
高安亮紀 氏 (早稲田大学理工学術院)
解析半群を利用した半線形放物型方程式に対する解の精度保証付き数値計算法 (日本語)
[ 講演概要 ]

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