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数学 > 偏微分方程分析

arXiv:2504.05066 (math)
[提交于 2025年4月7日 ]

标题: 非局部异质反应扩散系统的图灵不稳定性:基于计算机辅助证明的方法

标题: Turing instability for nonlocal heterogeneous reaction-diffusion systems: A computer-assisted proof approach

Authors:Maxime Breden, Maxime Payan, Cordula Reisch, Bao Quoc Tang
摘要: 本文提供了一个计算机辅助证明,用于反应扩散系统中由异质非局部性诱导的图灵不稳定性。由于异质性和非局部性,线性傅里叶分析导致\textit{强耦合的}无限维微分系统。通过引入适当的基变换以及无穷矩阵的格尔希戈林圆盘定理,我们首先证明了对于充分大的$N$,所有$N$-th 格什戈林圆盘完全位于左半平面。对于剩下的有限多个圆盘,一个计算机辅助证明表明,如果非局部项的强度$\delta$足够大,则恰好存在一个具有正实部的特征值,从而证明了图灵不稳定性。此外,通过对该特征值作为$\delta$函数的详细研究,我们得到了一个尖锐的阈值$\delta^*$,它是图灵不稳定性分支点。
摘要: This paper provides a computer-assisted proof for the Turing instability induced by heterogeneous nonlocality in reaction-diffusion systems. Due to the heterogeneity and nonlocality, the linear Fourier analysis gives rise to \textit{strongly coupled} infinite differential systems. By introducing suitable changes of basis as well as the Gershgorin disks theorem for infinite matrices, we first show that all $N$-th Gershgorin disks lie completely on the left half-plane for sufficiently large $N$. For the remaining finitely many disks, a computer-assisted proof shows that if the intensity $\delta$ of the nonlocal term is large enough, there is precisely one eigenvalue with positive real part, which proves the Turing instability. Moreover, by detailed study of this eigenvalue as a function of $\delta$, we obtain a sharp threshold $\delta^*$ which is the bifurcation point for Turing instability.
主题: 偏微分方程分析 (math.AP) ; 动力系统 (math.DS); 数值分析 (math.NA)
引用方式: arXiv:2504.05066 [math.AP]
  (或者 arXiv:2504.05066v1 [math.AP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.05066
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Maxime Payan [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 4 月 7 日 13:34:46 UTC (1,009 KB)
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