Skip to main content
Erschienen in: Journal of Scientific Computing 3/2019

28.06.2019

The Optimal Convergence Rate of Monotone Schemes for Conservation Laws in the Wasserstein Distance

verfasst von: Adrian M. Ruf, Espen Sande, Susanne Solem

Erschienen in: Journal of Scientific Computing | Ausgabe 3/2019

Einloggen

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

search-config
loading …

Abstract

In 1994, Nessyahu, Tadmor and Tassa studied convergence rates of monotone finite volume approximations of conservation laws. For compactly supported, \(\mathrm {Lip}^+\)-bounded initial data they showed a first-order convergence rate in the Wasserstein distance. Our main result is to prove that this rate is optimal. We further provide numerical evidence indicating that the rate in the case of \(\mathrm {Lip}^+\)-unbounded initial data is worse than first-order.

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 Bakhvalov, N.S.: Estimation of the error of numerical integration of a first-order quasilinear equation. Zhurnal Vychislitel’noi Matematiki i Matematicheskoi Fiziki 1(5), 771–783 (1961) Bakhvalov, N.S.: Estimation of the error of numerical integration of a first-order quasilinear equation. Zhurnal Vychislitel’noi Matematiki i Matematicheskoi Fiziki 1(5), 771–783 (1961)
2.
Zurück zum Zitat Fjordholm, U.S., Solem, S.: Second-order convergence of monotone schemes for conservation laws. SIAM J. Numer. Anal. 54(3), 1920–1945 (2016)MathSciNetMATHCrossRef Fjordholm, U.S., Solem, S.: Second-order convergence of monotone schemes for conservation laws. SIAM J. Numer. Anal. 54(3), 1920–1945 (2016)MathSciNetMATHCrossRef
3.
Zurück zum Zitat Friedman, A.: Partial Differential Equations, original edn. Robert E. Krieger Publishing Co., Huntington, NY (1976) Friedman, A.: Partial Differential Equations, original edn. Robert E. Krieger Publishing Co., Huntington, NY (1976)
4.
Zurück zum Zitat Harabetian, E.: Rarefactions and large time behavior for parabolic equations and monotone schemes. Commun. Math. Phys. 114(4), 527–536 (1988)MathSciNetMATHCrossRef Harabetian, E.: Rarefactions and large time behavior for parabolic equations and monotone schemes. Commun. Math. Phys. 114(4), 527–536 (1988)MathSciNetMATHCrossRef
5.
Zurück zum Zitat Harten, A., Hyman, J.M., Lax, P.D.: On finite-difference approximations and entropy conditions for shocks. Commun. Pure Appl. Math. 29(3), 297–322 (1976). (With an appendix by B. Keyfitz) MathSciNetMATHCrossRef Harten, A., Hyman, J.M., Lax, P.D.: On finite-difference approximations and entropy conditions for shocks. Commun. Pure Appl. Math. 29(3), 297–322 (1976). (With an appendix by B. Keyfitz) MathSciNetMATHCrossRef
6.
Zurück zum Zitat Kuznetsov, N.: Accuracy of some approximate methods for computing the weak solutions of a first-order quasi-linear equation. USSR Comput. Math. Math. Phys. 16(6), 105–119 (1976)CrossRef Kuznetsov, N.: Accuracy of some approximate methods for computing the weak solutions of a first-order quasi-linear equation. USSR Comput. Math. Math. Phys. 16(6), 105–119 (1976)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Nessyahu, H., Tadmor, E.: The convergence rate of approximate solutions for nonlinear scalar conservation laws. SIAM J. Numer. Anal. 29(6), 1505–1519 (1992)MathSciNetMATHCrossRef Nessyahu, H., Tadmor, E.: The convergence rate of approximate solutions for nonlinear scalar conservation laws. SIAM J. Numer. Anal. 29(6), 1505–1519 (1992)MathSciNetMATHCrossRef
8.
9.
Zurück zum Zitat Nessyahu, H., Tassa, T.: Convergence rate of approximate solutions to conservation laws with initial rarefactions. SIAM J. Numer. Anal. 31(3), 628–654 (1994)MathSciNetMATHCrossRef Nessyahu, H., Tassa, T.: Convergence rate of approximate solutions to conservation laws with initial rarefactions. SIAM J. Numer. Anal. 31(3), 628–654 (1994)MathSciNetMATHCrossRef
10.
Zurück zum Zitat Şabac, F.: The optimal convergence rate of monotone finite difference methods for hyperbolic conservation laws. SIAM J. Numer. Anal. 34(6), 2306–2318 (1997)MathSciNetMATHCrossRef Şabac, F.: The optimal convergence rate of monotone finite difference methods for hyperbolic conservation laws. SIAM J. Numer. Anal. 34(6), 2306–2318 (1997)MathSciNetMATHCrossRef
11.
Zurück zum Zitat Solem, S.: Convergence rates of the front tracking method for conservation laws in the Wasserstein distances. SIAM J. Numer. Anal. 56(6), 3648–3666 (2018)MathSciNetMATHCrossRef Solem, S.: Convergence rates of the front tracking method for conservation laws in the Wasserstein distances. SIAM J. Numer. Anal. 56(6), 3648–3666 (2018)MathSciNetMATHCrossRef
12.
Zurück zum Zitat Tadmor, E.: Local error estimates for discontinuous solutions of nonlinear hyperbolic equations. SIAM J. Numer. Anal. 28(4), 891–906 (1991)MathSciNetMATHCrossRef Tadmor, E.: Local error estimates for discontinuous solutions of nonlinear hyperbolic equations. SIAM J. Numer. Anal. 28(4), 891–906 (1991)MathSciNetMATHCrossRef
13.
Zurück zum Zitat Tang, T., Teng, Z.H.: The sharpness of Kuznetsov’s \(O(\sqrt{\Delta x})\) \(L^1\)-error estimate for monotone difference schemes. Math. Comput. 64(210), 581–589 (1995)MATHMathSciNet Tang, T., Teng, Z.H.: The sharpness of Kuznetsov’s \(O(\sqrt{\Delta x})\) \(L^1\)-error estimate for monotone difference schemes. Math. Comput. 64(210), 581–589 (1995)MATHMathSciNet
14.
Zurück zum Zitat Teng, Z.-H., Zhang, P.: Optimal \(L^1\)-rate of convergence for the viscosity method and monotone scheme to piecewise constant solutions with shocks. SIAM J. Numer. Anal. 34(3), 959–978 (1997)MathSciNetMATHCrossRef Teng, Z.-H., Zhang, P.: Optimal \(L^1\)-rate of convergence for the viscosity method and monotone scheme to piecewise constant solutions with shocks. SIAM J. Numer. Anal. 34(3), 959–978 (1997)MathSciNetMATHCrossRef
15.
Zurück zum Zitat Villani, C.: Topics in Optimal Transportation. Graduate Studies in Mathematics, vol. 58. American Mathematical Society, Providence, RI (2003)MATH Villani, C.: Topics in Optimal Transportation. Graduate Studies in Mathematics, vol. 58. American Mathematical Society, Providence, RI (2003)MATH
16.
Zurück zum Zitat Wang, W.-C.: On \(L^1\) convergence rate of viscous and numerical approximate solutions of genuinely nonlinear scalar conservation laws. SIAM J. Math. Anal. 30(1), 38–52 (1999)MathSciNetMATHCrossRef Wang, W.-C.: On \(L^1\) convergence rate of viscous and numerical approximate solutions of genuinely nonlinear scalar conservation laws. SIAM J. Math. Anal. 30(1), 38–52 (1999)MathSciNetMATHCrossRef
Metadaten
Titel
The Optimal Convergence Rate of Monotone Schemes for Conservation Laws in the Wasserstein Distance
verfasst von
Adrian M. Ruf
Espen Sande
Susanne Solem
Publikationsdatum
28.06.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Scientific Computing / Ausgabe 3/2019
Print ISSN: 0885-7474
Elektronische ISSN: 1573-7691
DOI
https://doi.org/10.1007/s10915-019-00996-1

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2019

Journal of Scientific Computing 3/2019 Zur Ausgabe