Skip to main content
Erschienen in:
Buchtitelbild

2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Numerical and Analytical Investigation of Chemotaxis Models

verfasst von : Günter Bärwolff, Dominique Walentiny

Erschienen in: Computational Science and Its Applications – ICCSA 2018

Verlag: Springer International Publishing

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

search-config
loading …

Abstract

The Keller-Segel system is a linear parabolic-elliptic system, which describes the aggregation of slime molds resulting from their chemotactic features. By chemotaxis we understand the movement of an organism (like bacteria) in response to chemical stimulus, for example attraction by certain chemicals in the environment.
In this paper, we use the results of a paper by Zhou and Saito to validate our finite volume method with respect to blow-up analysis and equilibrium solutions. Based on these results, we study model variations and their blow-up behavior numerically.
We will discuss the question whether or not conservative numerical methods are able to model a blow-up behavior in the case of non-global existence of solutions.

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 "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!

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!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Ascher, U.M.: Numerical methods for evolutionary differential equations. Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), Philadelphia (2008)CrossRef Ascher, U.M.: Numerical methods for evolutionary differential equations. Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), Philadelphia (2008)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Blanchet, A., Dolbeault, J., Perthame, B.: Two-dimensional Keller-Segel model: Optimal critical mass and qualitative properties of the solutions. Electron. J. Differ. Equ. 2006, 33 (2006)MathSciNetMATH Blanchet, A., Dolbeault, J., Perthame, B.: Two-dimensional Keller-Segel model: Optimal critical mass and qualitative properties of the solutions. Electron. J. Differ. Equ. 2006, 33 (2006)MathSciNetMATH
3.
4.
Zurück zum Zitat Dolbeault, J., Perthame, B.: Optimal critical mass in the two dimensional Keller-Segel model in \(R^2\). C. R. Math. Acad. Sci. Paris 339(9), 611–616 (2004)MathSciNetCrossRef Dolbeault, J., Perthame, B.: Optimal critical mass in the two dimensional Keller-Segel model in \(R^2\). C. R. Math. Acad. Sci. Paris 339(9), 611–616 (2004)MathSciNetCrossRef
5.
Zurück zum Zitat Eymard, R., Gallouët, T., Herbin, R.: Finite volume methods. In: Handbook of numerical analysis, Vol. 7: Solution of equations in \(\mathbb{R}^n\) (Part 3). Techniques of scientific computing, pp. 713–1020. Elsevier, Amsterdam (2000) Eymard, R., Gallouët, T., Herbin, R.: Finite volume methods. In: Handbook of numerical analysis, Vol. 7: Solution of equations in \(\mathbb{R}^n\) (Part 3). Techniques of scientific computing, pp. 713–1020. Elsevier, Amsterdam (2000)
6.
Zurück zum Zitat Gajewski, H., Zacharias, K.: Global behaviour of a reaction-diffusion system modelling chemotaxis. Math. Nachr. 195, 77–114 (1998)MathSciNetCrossRef Gajewski, H., Zacharias, K.: Global behaviour of a reaction-diffusion system modelling chemotaxis. Math. Nachr. 195, 77–114 (1998)MathSciNetCrossRef
7.
Zurück zum Zitat Hillen, T., Painter, K.J.: A user’s guide to PDE models for chemotaxis. J. Math. Biol. 58(1–2), 183–217 (2009)MathSciNetCrossRef Hillen, T., Painter, K.J.: A user’s guide to PDE models for chemotaxis. J. Math. Biol. 58(1–2), 183–217 (2009)MathSciNetCrossRef
8.
Zurück zum Zitat Horstmann, D.: Aspekte positiver Chemotaxis. Univ. Köln, Köln (1999)MATH Horstmann, D.: Aspekte positiver Chemotaxis. Univ. Köln, Köln (1999)MATH
9.
Zurück zum Zitat Jäger, W., Luckhaus, S.: On explosions of solutions to a system of partial differential equations modelling chemotaxis. Trans. Am. Math. Soc. 329(2), 819–824 (1992)MathSciNetCrossRef Jäger, W., Luckhaus, S.: On explosions of solutions to a system of partial differential equations modelling chemotaxis. Trans. Am. Math. Soc. 329(2), 819–824 (1992)MathSciNetCrossRef
10.
Zurück zum Zitat Keller, E.F., Segel, L.A.: Initiation of slime mold aggregation viewed as an instability. J. Theor. Biol. 26(3), 399–415 (1970)CrossRef Keller, E.F., Segel, L.A.: Initiation of slime mold aggregation viewed as an instability. J. Theor. Biol. 26(3), 399–415 (1970)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Keller, E.F., Segel, L.A.: Model for chemotaxis. J. Theor. Biol. 30(2), 225–234 (1971)CrossRef Keller, E.F., Segel, L.A.: Model for chemotaxis. J. Theor. Biol. 30(2), 225–234 (1971)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Müller, J., Kuttler, C.: Methods and models in mathematical biology. Springer, Deterministic and stochastic approaches. Berlin (2015)CrossRef Müller, J., Kuttler, C.: Methods and models in mathematical biology. Springer, Deterministic and stochastic approaches. Berlin (2015)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Nagai, T.: Blow-up of radially symmetric solutions to a chemotaxis system. Adv. Math. Sci. Appl. 5(2), 581–601 (1995)MathSciNetMATH Nagai, T.: Blow-up of radially symmetric solutions to a chemotaxis system. Adv. Math. Sci. Appl. 5(2), 581–601 (1995)MathSciNetMATH
14.
Zurück zum Zitat Perthame, B.: Transport equations in biology. Birkhäuser, Basel (2007)MATH Perthame, B.: Transport equations in biology. Birkhäuser, Basel (2007)MATH
15.
Zurück zum Zitat Saito, N.: Conservative upwind finite-element method for a simplified Keller-Segel system modelling chemotaxis. IMA J. Numer. Anal. 27(2), 332–365 (2007)MathSciNetCrossRef Saito, N.: Conservative upwind finite-element method for a simplified Keller-Segel system modelling chemotaxis. IMA J. Numer. Anal. 27(2), 332–365 (2007)MathSciNetCrossRef
16.
Zurück zum Zitat Walentiny, D.: Mathematical modeling and numerical study of the blow-up behaviour of a Keller-Segel chemotaxis system using a finite volume method. Master’s thesis, TU Berlin (2017) Walentiny, D.: Mathematical modeling and numerical study of the blow-up behaviour of a Keller-Segel chemotaxis system using a finite volume method. Master’s thesis, TU Berlin (2017)
17.
Zurück zum Zitat Zhou, G., Saito, N.: Finite volume methods for a Keller-Segel system: discrete energy, error estimates and numerical blow-up analysis. Numer. Math. 135(1), 265–311 (2017)MathSciNetCrossRef Zhou, G., Saito, N.: Finite volume methods for a Keller-Segel system: discrete energy, error estimates and numerical blow-up analysis. Numer. Math. 135(1), 265–311 (2017)MathSciNetCrossRef
Metadaten
Titel
Numerical and Analytical Investigation of Chemotaxis Models
verfasst von
Günter Bärwolff
Dominique Walentiny
Copyright-Jahr
2018
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-95165-2_1

Premium Partner