A numerical method for inverse spectral problems

Abstract

На основе метода Галеркина разработан новый численный метод решения обратных спектральных задач, порожденных дискретными полуограниченными снизу операторами. В отличии от метода решения обратных спектральных задач, основанного на теории регуляризованных следов дискретных полуограниченными снизу операторов, в разработанном методе ослаблены ограничения на возмущающий оператор. Получено интегральное уравнение Фредгольма первого рода, позволяющее восстанавливать значения возмущающего оператора в узловых точках дискретизации области исследования. Метод был апробирован на спектральных задачах для оператора Штурма- Лиувилля. Результаты многочисленных расчетов показали вычислительную эффективность метода. Найдены простые формулы для вычисления собственных значений дискретных полуограниченных снизу оператора, без нахождения корней соответствующего векового уравнения. Вычисление собственных значений этих операторов можно начинать с любого их номера независимо от того, известны ли собственные значения с предыдущими номерами. Можно вычислять собственные значения возмущенного самосопряженного оператора с большими номерами, когда применение метода Галеркина становится затруднительным. Basing on the Galerkin methods, we develop a new numerical method for solving the inverse spectral problems generated by discrete lower semibounded operators. The restrictions on the perturbing operator are relaxed in comparison with the method based on the theory of regular traces. A Fredholm integral equation of the rst kind enables us to recover the values of the perturbing operator at the discretization nodes. We tested the method on spectral problems for the Sturm Liouville operator, and the results of numerous simulations demonstrate its computational e ciency. We found simple formulas for the eigenvalues of a discrete lower semibounded operator avoiding the roots of the corresponding secular equations. The calculation of eigenvalues of these operators can start at an arbitrary index independently of the (un)availability of the eigenvalues with smaller indices. For perturbed selfadjoint operators we can calculate eigenvalues with large indices when the Galerkin method becomes di cult to apply.