Skip to main content
Erschienen in: Journal of Scientific Computing 3/2013

01.12.2013

A Spectral-Element Method for Transmission Eigenvalue Problems

verfasst von: Jing An, Jie Shen

Erschienen in: Journal of Scientific Computing | Ausgabe 3/2013

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We develop an efficient spectral-element method for computing the transmission eigenvalues in two-dimensional radially stratified media. Our method is based on a dimension reduction approach which reduces the problem to a sequence of one-dimensional eigenvalue problems that can be efficiently solved by a spectral-element method. We provide an error analysis which shows that the convergence rate of the eigenvalues is twice that of the eigenfunctions in energy norm. We present ample numerical results to show that the method convergences exponentially fast for piecewise stratified media, and is very effective, particularly for computing the few smallest eigenvalues.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bruno, O.P., Reitich, F.: High-order boundary perturbation methods. In: Mathematical Modeling in Optical Science, volume 22 of Frontiers Appl. Math., pp. 71–109. SIAM, Philadelphia, PA (2001) Bruno, O.P., Reitich, F.: High-order boundary perturbation methods. In: Mathematical Modeling in Optical Science, volume 22 of Frontiers Appl. Math., pp. 71–109. SIAM, Philadelphia, PA (2001)
2.
Zurück zum Zitat Cakoni, F., Cayoren, M., Colton, D.: Transmission eigenvalues and the nondestructive testing of dielectrics. Inverse Probl. 24, 065016 (2008)MathSciNetCrossRef Cakoni, F., Cayoren, M., Colton, D.: Transmission eigenvalues and the nondestructive testing of dielectrics. Inverse Probl. 24, 065016 (2008)MathSciNetCrossRef
3.
Zurück zum Zitat Cakoni, F., Colton, D., Haddar, H.: On the determination of dirichlet or transmission eigenvalues from far field data. Comptes Rendus Math. 348(7–8), 379–383 (2010)MathSciNetCrossRefMATH Cakoni, F., Colton, D., Haddar, H.: On the determination of dirichlet or transmission eigenvalues from far field data. Comptes Rendus Math. 348(7–8), 379–383 (2010)MathSciNetCrossRefMATH
4.
Zurück zum Zitat Cakoni, F., Colton, D., Monk, P.: On the use of transmission eigenvalues to estimate the index of refraction from far field data. Inverse Probl. 23, 507 (2007)MathSciNetCrossRefMATH Cakoni, F., Colton, D., Monk, P.: On the use of transmission eigenvalues to estimate the index of refraction from far field data. Inverse Probl. 23, 507 (2007)MathSciNetCrossRefMATH
5.
Zurück zum Zitat Cakoni, F., Colton, D., Monk, P., Sun, J.: The inverse electromagnetic scattering problem for anisotropic media. Inverse Probl. 26, 074 (2010)MathSciNet Cakoni, F., Colton, D., Monk, P., Sun, J.: The inverse electromagnetic scattering problem for anisotropic media. Inverse Probl. 26, 074 (2010)MathSciNet
6.
Zurück zum Zitat Cakoni, F., Gintides, D., Haddar, H.: The existence of an infinite discrete set of transmission eigenvalues. SIAM J. Math. Anal. 42(1), 237–255 (2010)MathSciNetCrossRefMATH Cakoni, F., Gintides, D., Haddar, H.: The existence of an infinite discrete set of transmission eigenvalues. SIAM J. Math. Anal. 42(1), 237–255 (2010)MathSciNetCrossRefMATH
7.
Zurück zum Zitat Cakoni, F., Haddar, H.: On the existence of transmission eigenvalues in an inhomogeneous medium. Appl. Anal. 88(4), 475–493 (2009)MathSciNetCrossRefMATH Cakoni, F., Haddar, H.: On the existence of transmission eigenvalues in an inhomogeneous medium. Appl. Anal. 88(4), 475–493 (2009)MathSciNetCrossRefMATH
8.
Zurück zum Zitat Colton, D., Monk, P., Sun, J.: Analytical and computational methods for transmission eigenvalues. Inverse Probl. 26, 045011 (2010)MathSciNetCrossRef Colton, D., Monk, P., Sun, J.: Analytical and computational methods for transmission eigenvalues. Inverse Probl. 26, 045011 (2010)MathSciNetCrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat Fang, Q., Nicholls, D., Shen, J.: A stable, high-order method for two-dimensional bounded-obstacle scattering. J. Comput. Phys. 224, 1145–1169 (2007)MathSciNetCrossRefMATH Fang, Q., Nicholls, D., Shen, J.: A stable, high-order method for two-dimensional bounded-obstacle scattering. J. Comput. Phys. 224, 1145–1169 (2007)MathSciNetCrossRefMATH
11.
Zurück zum Zitat Golub, G.H., Van Loan, C.F.: Matrix Computations. The John Hopkins University Press, Baltimore (1989)MATH Golub, G.H., Van Loan, C.F.: Matrix Computations. The John Hopkins University Press, Baltimore (1989)MATH
12.
Zurück zum Zitat He, Y., Nicholls, D.P., Shen, J.: An efficient and stable spectral method for electromagnetic scattering from a layered periodic structure. J. Comput. Phys. 231(8), 3007–3022 (2012)MathSciNetCrossRefMATH He, Y., Nicholls, D.P., Shen, J.: An efficient and stable spectral method for electromagnetic scattering from a layered periodic structure. J. Comput. Phys. 231(8), 3007–3022 (2012)MathSciNetCrossRefMATH
13.
Zurück zum Zitat Ji, X., Sun, J., Turner, T.: Al- gorithm 922: a mixed finite element method for helmholtz trans- mission eigenvalues. ACM Transaction on Math. Soft. 38 (2012) Ji, X., Sun, J., Turner, T.: Al- gorithm 922: a mixed finite element method for helmholtz trans- mission eigenvalues. ACM Transaction on Math. Soft. 38 (2012)
15.
Zurück zum Zitat Kwan, Y., Shen, J.: An efficient direct parallel elliptic solver by the spectral element method. J. Comput. Phys. 225, 1721–1735 (2007)MathSciNetCrossRefMATH Kwan, Y., Shen, J.: An efficient direct parallel elliptic solver by the spectral element method. J. Comput. Phys. 225, 1721–1735 (2007)MathSciNetCrossRefMATH
16.
Zurück zum Zitat Nicholls, D., Shen, J.: A stable, high-order method for two-dimensional bounded-obstacle scattering. SIAM J. Sci. Comput. 28, 1398–1419 (2006)MathSciNetCrossRefMATH Nicholls, D., Shen, J.: A stable, high-order method for two-dimensional bounded-obstacle scattering. SIAM J. Sci. Comput. 28, 1398–1419 (2006)MathSciNetCrossRefMATH
17.
Zurück zum Zitat Nicholls, D.P., Reitich, F.: A new approach to analyticity of Dirichlet-Neumann operators. Proc. R. Soc. Edinburgh Sect. A 131(6), 1411–1433 (2001)MathSciNetCrossRefMATH Nicholls, D.P., Reitich, F.: A new approach to analyticity of Dirichlet-Neumann operators. Proc. R. Soc. Edinburgh Sect. A 131(6), 1411–1433 (2001)MathSciNetCrossRefMATH
18.
Zurück zum Zitat Päivärinta, L., Sylvester, J.: Transmission eigenvalues. SIAM J. Math. Anal 40(2), 738–753 (2008) Päivärinta, L., Sylvester, J.: Transmission eigenvalues. SIAM J. Math. Anal 40(2), 738–753 (2008)
19.
Zurück zum Zitat Rynne, B.P., Sleeman, B.D.: The interior transmission problem and inverse scattering from inhomogeneous media. SIAM J. Math. Anal. 22, 1755 (1991)MathSciNetCrossRefMATH Rynne, B.P., Sleeman, B.D.: The interior transmission problem and inverse scattering from inhomogeneous media. SIAM J. Math. Anal. 22, 1755 (1991)MathSciNetCrossRefMATH
20.
Zurück zum Zitat Shen, J.: Efficient spectral-Galerkin method I. direct solvers for second- and fourth-order equations by using Legendre polynomials. SIAM J. Sci. Comput. 15, 1489–1505 (1994)MathSciNetCrossRefMATH Shen, J.: Efficient spectral-Galerkin method I. direct solvers for second- and fourth-order equations by using Legendre polynomials. SIAM J. Sci. Comput. 15, 1489–1505 (1994)MathSciNetCrossRefMATH
21.
Zurück zum Zitat Shen, J.: Efficient spectral-galerkin methods iii: polar and cylindrical geometries. SIAM J. Sci. Comput. 18(6), 1583–1604 (1997)MathSciNetCrossRefMATH Shen, J.: Efficient spectral-galerkin methods iii: polar and cylindrical geometries. SIAM J. Sci. Comput. 18(6), 1583–1604 (1997)MathSciNetCrossRefMATH
22.
Zurück zum Zitat Shen, J., Tang, T., Wang, L.: Spectral Methods: Algorithms, Analysis and Applications, volume 41 of Springer Series in Computational Mathematics. Springer, Berlin (2011)CrossRef Shen, J., Tang, T., Wang, L.: Spectral Methods: Algorithms, Analysis and Applications, volume 41 of Springer Series in Computational Mathematics. Springer, Berlin (2011)CrossRef
Metadaten
Titel
A Spectral-Element Method for Transmission Eigenvalue Problems
verfasst von
Jing An
Jie Shen
Publikationsdatum
01.12.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Scientific Computing / Ausgabe 3/2013
Print ISSN: 0885-7474
Elektronische ISSN: 1573-7691
DOI
https://doi.org/10.1007/s10915-013-9720-1

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2013

Journal of Scientific Computing 3/2013 Zur Ausgabe

Premium Partner