TY - THES A1 - Legatiuk, Anastasiia T1 - Discrete potential and function theories on a rectangular lattice and their applications N2 - The growing complexity of modern engineering problems necessitates development of advanced numerical methods. In particular, methods working directly with discrete structures, and thus, representing exactly some important properties of the solution on a lattice and not just approximating the continuous properties, become more and more popular nowadays. Among others, discrete potential theory and discrete function theory provide a variety of methods, which are discrete counterparts of the classical continuous methods for solving boundary value problems. A lot of results related to the discrete potential and function theories have been presented in recent years. However, these results are related to the discrete theories constructed on square lattices, and, thus, limiting their practical applicability and potentially leading to higher computational costs while discretising realistic domains. This thesis presents an extension of the discrete potential theory and discrete function theory to rectangular lattices. As usual in the discrete theories, construction of discrete operators is strongly influenced by a definition of discrete geometric setting. For providing consistent constructions throughout the whole thesis, a detailed discussion on the discrete geometric setting is presented in the beginning. After that, the discrete fundamental solution of the discrete Laplace operator on a rectangular lattice, which is the core of the discrete potential theory, its numerical analysis, and practical calculations are presented. By using the discrete fundamental solution of the discrete Laplace operator on a rectangular lattice, the discrete potential theory is then constructed for interior and exterior settings. Several discrete interior and exterior boundary value problems are then solved. Moreover, discrete transmission problems are introduced and several numerical examples of these problems are discussed. Finally, a discrete fundamental solution of the discrete Cauchy-Riemann operator on a rectangular lattice is constructed, and basics of the discrete function theory on a rectangular lattice are provided. This work indicates that the discrete theories provide solution methods with very good numerical properties to tackle various boundary value problems, as well as transmission problems coupling interior and exterior problems. The results presented in this thesis provide a basis for further development of discrete theories on irregular lattices. KW - Diskrete Funktionentheorie KW - Diskrete Potentialtheorie KW - Diskrete Fundamentallösung KW - Transmissionsaufgabe KW - Discrete potential theory KW - Discrete function theory KW - Transmission problem KW - Discrete fundamental solution Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20221220-48654 ER - TY - THES A1 - Al-Yasiri, Zainab Riyadh Shaker T1 - Function Theoretic Methods for the Analytical and Numerical Solution of Some Non-linear Boundary Value Problems with Singularities N2 - The p-Laplace equation is a nonlinear generalization of the well-known Laplace equation. It is often used as a model problem for special types of nonlinearities, and therefore it can be seen as a bridge between very general nonlinear equations and the linear Laplace equation, too. It appears in many problems for instance in the theory of non-Newtonian fluids and fluid dynamics or in rockfill dam problems, as well as in special problems of image restoration and image processing. The aim of this thesis is to solve the p-Laplace equation for 1 < p < 2, as well as for 2 < p < 3 and to find strong solutions in the framework of Clifford analysis. The idea is to apply a hypercomplex integral operator and special function theoretic methods to transform the p-Laplace equation into a p-Dirac equation. We consider boundary value problems for the p-Laplace equation and transfer them to boundary value problems for a p-Dirac equation. These equations will be solved iteratively by applying Banach’s fixed-point principle. Applying operator-theoretical methods for the p-Dirac equation, the existence and uniqueness of solutions in certain Sobolev spaces will be proved. In addition, using a finite difference approach on a uniform lattice in the plane, the fundamental solution of the Cauchy-Riemann operator and its adjoint based on the fundamental solution of the Laplacian will be calculated. Besides, we define gener- alized discrete Teodorescu transform operators, which are right-inverse to the discrete Cauchy-Riemann operator and its adjoint in the plane. Furthermore, a new formula for generalized discrete boundary operators (analogues of the Cauchy integral operator) will be considered. Based on these operators a new version of discrete Borel-Pompeiu formula is formulated and proved. This is the basis for an operator calculus that will be applied to the numerical solution of the p-Dirac equation. Finally, numerical results will be presented showing advantages and problems of this approach. N2 - Die p-Laplace-Gleichung ist eine nichtlineare Verallgemeinerung der wohlbekannten Laplace-Gleichung Die p-Laplace-Gleichung wird häufig als Referenzbeispiel für spezielle Typen von Nichtlinearitäten benutzt und kann daher auch als Brücke zwischen sehr allgemeinen nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen und der linearen Laplace-Gleichung gesehen werden. Sie ist darüber hinaus auch das mathematische Modell für eine Reihe praxisrelevanter Probleme, wie z.B. in der Theorie nicht-newtonscher Flüssigkeiten, der Strömungsmechanik, der Durchfeuchtung von Schütt- dämmen und auch ein wichtiges Werkzeug zur Behandlung spezieller Probleme der Bildrekonstruktion und Bildverarbeitung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die p-Laplace-Gleichung sowohl für 1 < p < 2 als auch ür 2 < p < 3 zu lösen. Strenge Lösungen werden unter Benutzung der Clifford- Analysis konstruiert. Die Idee ist dabei, einen hyperkomplexen Integraloperator und funktionentheoretische Methoden auf die p-Laplace-Gleichung anzuwenden und diese Gleichung dadurch in eine p-Dirac-Gleichung zu transformieren, die dann besser gelöst werden kann. Es werden spezielle Randwertprobleme für die p-Laplace-Gleichung in Dirichlet-Probleme für die p-Dirac-Gleichung transformiert und dabei die Ordnung der Differentialgleichung reduziert. Die Randwertprobleme für die p-Dirac-Gleichung werden mit Hilfe des Banachschen Fixpunktprinzips iterativ analytisch gelöst. Durch Anwendung operator-theoretischer Methoden kann die Existenz und Eindeutigkeit der Lösung in bestimmten Sobolev-Räumen nachgewiesen werden. Darüber hinaus wird eine Finite Differenzenmethode auf einem gleichmäßigen Gitter in der Ebene angewandt, um die Fundamentallösung des diskreten Laplace- Operators numerisch zu berechnen. In der Folge werden daraus Fundamentallösungen des diskreten Cauchy-Riemann-Operators und seines adjungierten Operators erzeugt. Auf dieser Grundlage werden über Faltungen mit den Fundamentallösungen diskrete Teodorescu-Operatoren definiert, die rechtsinvers zum diskreten Cauchy-Riemann- Operator bzw. zum adjungierten diskreten Cauchy-Riemann-Operator sind. Weiterhin werden diskrete Randoperatoren, die analog zum Cauchyschen Integraloperator sind, eingeführt. Alle vorgenannten Operatoren werden in einer neuen Version einer diskreten Borel-Pompeiu-Formel zusammengeführt und bilden die Grundlage für eine diskrete Operatorenrechnung. Diese Untersuchungen erweitern bekannte Resultate auf wesentlich größere Funktionenklassen als bisher möglich waren. Die diskrete Opera- torenrechnung wird benutzt, um die diskretisierten Randwertprobleme für die p-Dirac- Gleichung numerisch zu lösen. Numerische Resultate werden vorgestellt und diskutiert. Dabei wird auf Vor- und Nachteile der entwickelten Methode eingegangen. KW - discrete function theory KW - finite difference methods KW - p-Laplace equation KW - Finite-Differenzen-Methode Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190506-38987 ER - TY - THES A1 - Nguyen, Manh Hung T1 - µ-Hyperholomorphic Function Theory in R³: Geometric Mapping Properties and Applications N2 - This thesis applies the theory of \psi-hyperholomorphic functions dened in R^3 with values in the set of paravectors, which is identified with the Eucledian space R^3, to tackle some problems in theory and practice: geometric mapping properties, additive decompositions of harmonic functions and applications in the theory of linear elasticity. KW - mathematics KW - harmonic KW - quaternion KW - elasticity KW - geometry KW - Mathematik Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20150817-24477 ER - TY - THES A1 - Bock, Sebastian T1 - Über funktionentheoretische Methoden in der räumlichen Elastizitätstheorie T1 - On the use of monogenic functions in the spatial theory of elasticity N2 - Die Behandlung von geometrischen Singularitäten bei der Lösung von Randwertaufgaben der Elastostatik stellt erhöhte Anforderungen an die mathematische Modellierung des Randwertproblems und erfordert für eine effiziente Auswertung speziell angepasste Berechnungsverfahren. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Verallgemeinerung der Methode der komplexen Spannungsfunktionen auf den Raum, wobei der Schwerpunkt in erster Linie auf der Begründung des mathematischen Verfahrens unter besonderer Berücksichtigung der praktischen Anwendbarkeit liegt. Den theoretischen Rahmen hierfür bildet die Theorie quaternionenwertiger Funktionen. Dementsprechend wird die Klasse der monogenen Funktionen als Grundlage verwendet, um im ersten Teil der Arbeit ein räumliches Analogon zum Darstellungssatz von Goursat zu beweisen und verallgemeinerte Kolosov-Muskhelishvili Formeln zu konstruieren. Im Hinblick auf die vielfältigen Anwendungsbereiche der Methode beschäftigt sich der zweite Teil der Arbeit mit der lokalen und globalen Approximation von monogenen Funktionen. Hierzu werden vollständige Orthogonalsysteme monogener Kugelfunktionen konstruiert, infolge dessen neuartige Darstellungen der kanonischen Reihenentwicklungen (Taylor, Fourier, Laurent) definiert werden. In Analogie zu den komplexen Potenz- und Laurentreihen auf der Grundlage der holomorphen z-Potenzen werden durch diese monogenen Orthogonalreihen alle wesentlichen Eigenschaften bezüglich der hyperkomplexen Ableitung und der monogenen Stammfunktion verallgemeinert. Anhand repräsentativer Beispiele werden die qualitativen und numerischen Eigenschaften der entwickelten funktionentheoretischen Verfahren abschließend evaluiert. In diesem Kontext werden ferner einige weiterführende Anwendungsbereiche im Rahmen der räumlichen Funktionentheorie betrachtet, welche die speziellen Struktureigenschaften der monogenen Potenz- und Laurentreihenentwicklungen benötigen. N2 - In structural mechanics, boundary value problems with geometrical singularities require advanced mathematical modeling techniques and especially adapted numerical methods in order to obtain a precise description of the singular near field. This doctoral thesis deals with a systematic approach to a spatial analog of the method of complex stress functions. Here, the main focus is on the generalization of the mathematical method in consideration of the practical applicability. The theoretical framework is therefore constituted by methods of hypercomplex function theory in particular the theory of quaternion-valued functions. Thus, the class of monogenic functions is methodically used in the first part of the thesis to prove a spatial counterpart of Goursat's representation theorem that enables the construction of generalized Kolosov-Muskhelishvili formulae in three dimensions. The second part of the thesis is concerned with the local and global approximation of monogenic functions. In this context, new monogenic representation formulae of the canonical series expansions (Taylor, Fourier, Laurent) are defined by using complete orthogonal systems of solid spherical monogenics. These monogenic orthogonal series generalize the important structural properties of the complex-one-dimensional power and Laurent series expansions concerning the hypercomplex derivative and the monogenic primitive. Finally, representative examples are studied to evaluate the function-theoretical methods constructed here by means of their qualitative and numerical characteristics. In this connection, some further fields of application in the framework of hypercomplex function theory are considered, which essentially need the specific structural properties of the monogenic power and Laurent series expansions. KW - Lineare Elastizitätstheorie KW - Funktionentheorie KW - Clifford-Analysis KW - Hyperkomplexe Funktion KW - Fourier-Reihe KW - Taylor-Reihe KW - Laurent-Reihe KW - Darstellungssatz von Goursat KW - verallgemeinerte Kolosov-Muskhelishvili Formeln KW - monogene Orthogonalreihenentwicklungen KW - Fourier KW - Taylor KW - Laurent KW - generalized theorem of Goursat KW - generalized Kolosov-Muskhelishvili formulae KW - monogenic orthogonal series expansions Fourier KW - Taylor KW - Laurent Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20100407-15030 UR - http://vg08.met.vgwort.de/na/cd7b10419c7f444490a4fdd5ef4184d1 ER - TY - THES A1 - Ahmed El-Sayed, Ahmed Mohammed T1 - One some classes and spaces of holomorphic and hyperholomorphic functions N2 - In this Thesis we study some complex and hypercomplex function spaces and classes such as hypercomplex Besov spaces, Bloch space and Op spaces as well as the class of basic sets of polynomials in several complex variables. It is shown that hyperholomorphic Besov spaces can be applied to characterize the hyperholomorphic Bloch space. Moreover, we consider BMOM and VMOM spaces. N2 - Die vorliegende Untersuchung nutzt zwei Wege, um einige Funktionsräume und -klassen zu verallgemeinern. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Theorie der Funktionsräume holomorpher und hyperholomorpher Funktionen. Im Rahmen der Theorie hyperholomorpher Funktions- räume sind Op-Räume, Bloch, BMOM und Besov-Typ zu untersuchen. Diese Dissertation beschränkt sich auf die Untersuchung von Polynom-Basen mehrerer komplexer Variabler. T2 - Über einige Klassen und Räume holomorpher und hyperholomorpher Funktionen KW - Funktionenraum KW - Holomorphe Funktion KW - Quaternionenalgebra KW - Clifford-Algebra KW - Bloch-Raum KW - Besov-Räume KW - BMOM-Raum KW - VMOM Raum KW - Op-Räume KW - Besov spaces KW - Bloch space KW - VMOM space KW - Op spaces KW - Basic sets of polynomials Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-271 ER - TY - THES A1 - Kämmerer, Lutz T1 - Mathematische Modellierung und Behandlung von Stapelproblemen T1 - Mathematical Models of Pileproblems N2 - Stapelprobleme treten in der Praxis in vielfältiger Form auf. So finden sich Stapelprobleme in einer großen Fülle von Variationen im Logistikbereich, aber auch im Bauwesen. Zunächst wird das klassische Turm von Hanoi Problem kurz vorgestellt. Dieses Problem wird als Stapelproblem formuliert. Weiterhin werden verzweigte Stapelproblem untersucht: Ein gegebener Stapel -- bestehend aus den Elementen v der Menge V -- soll an anderer Stelle in einer vorgeschriebenen, veränderten Struktur wieder aufgebaut werden. Dazu stehen Hilfsstapelplätze zur Verfügung. Die Optimierung dieses Problems hinsichtlich der Anzahl der benötigten Hilfsstapelplätze ist NP-vollständig. Es werden Erfahrungen mit einem Branch-and-Bound Algorithmus zur Lösung des Problems vorgestellt sowie ein heuristischer Algorithmus diskutiert. Schließlich werden verzweigte Stapelprobleme betrachtet, bei denen keine eineindeutige Zuordnung mehr von Elementen des Ausgangsstapels zu verfügbaren Positionen im Zielstapel existiert. Hier ist schon die Bestimmung einer günstigsten Zuordnung in bezug auf die Anzahl benötigter Hilfsstapelplätze NP-schwer. N2 - Pileproblems are discrete optimization problems. In practice they occur in various ways, especially in logistics and civil engineering. First we consider the well-known Tower of Hanoi Problem as a pileproblem. Furthermore pileproblems with a branched structure are investigated: A given pile, consisting of elements v of a set V, has to be piled up in a well-defined structure on another place. Auxiliary piles are allowed to use. Computing the minimal number of necessary auxiliary piles turns out to be NP-complete. We discuss a branch-and-bound algorithm, as well as a heuristic approach to solve the problem. Finally we consider pileproblems with no unique mapping between the elements and the positions of the piles. Finding the best mapping in the sense of minimizing the number of necessary auxiliary piles is also NP-hard. KW - Stapelproblem KW - Graphentheorie KW - Turm von Hanoi KW - Sortierung von Permutationen KW - heuristische Lösungsverfahren KW - pile problem KW - Tower of Hanoi KW - permutations KW - heuristic solutions Y1 - 1998 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-298 ER - TY - THES A1 - Hommel, Angela T1 - Fundamentallösungen partieller Differenzenoperatoren und die Lösung diskreter Randwertprobleme mit Hilfe von Differenzenpotentialen T1 - Fundamental Solutions for Partial Difference Operators and the Solution of Discrete Boundary Value Problems by the Help of Difference Potentials N2 - Im Mittelpunkt der Dissertation steht die Theorie der Differenzenpotentiale, die eng mit der klassischen Potentialtheorie verbunden ist. Vorgestellt wird eine Methode zur Lösung von Randwertproblemen, die nicht auf der Diskretisierung einer Randintegralgleichung beruht, sondern von der Übertragung des Problems in ein Differenzenrandwertproblem ausgeht. Das diskrete Randwertproblem wird mit Hilfe einer Randreduktionsmethode auf eine Randoperatorgleichung transformiert, die detaillierter zu untersuchen ist. Voraussetzung für den Aufbau der Theorie ist die Existenz diskreter Fundamentallösungen. Die Definition der Differenzenpotentiale wird von Ryabenkij übernommen. Seine Herangehensweise führt jedoch zu überbestimmten linearen Gleichungssystemen auf dem Rand. Durch die Aufspaltung des Randpotentials in ein diskretes Einfach- und Doppelschichtpotential wird diese Schwierigkeit in der Dissertation überwunden. Bewiesen werden Eindeutigkeits- und Lösbarkeitsaussagen für Differenzenrandwertprobleme. Das onvergenzverhalten der diskreten Potentiale wird im Kapitel 3 untersucht. Im Kapitel 4 werden numerische Resultate vorgestellt. N2 - The theses are based on the theory of difference potentials, which are closely related to the classical potential theory. A method for solving boundary value problems is presented, that does not start from the discretization of a boundary integral equation. In the first step the original problem is replaced by a discrete boundary value problem. By the help of a boundary reduction method the discrete problem is transformed into a boundary operator equation, which is to study in more detail. An important assumption for the theory of difference potentials is the existence of discrete fundamental solutions. The definition of the difference potentials is taken from Ryabenkij. His approach leads to overdetermined linear equation systems on the boundary. By splitting the boundary potential into a discrete single-layer and double-layer potential these problems are solved in the theses. Uniqueness and existence theorems are proved for discrete boundary value problems. The convergence of the discrete potentials is investigated in chapter 3. In chapter 4 numerical results are presented. KW - Diskrete Fourier-Transformation KW - Randwertproblem KW - Greensche Matrix KW - diskrete Fundamentallösung KW - Lösung innerer und äußerer Randwertprobleme KW - Differenzenpotentiale KW - diskretes Einfach- und Doppelschichtpotential KW - discrete Fourier transform KW - discrete fundamental solution KW - solution of inner and outer boundary value problems KW - difference potentials Y1 - 1998 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-303 ER -