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Analysis of a Peaceman–Rachford ADI scheme for Maxwell equations in heterogenous media

Zerulla, Konstantin ORCID iD icon 1; Jahnke, Tobias 2
1 Institut für Analysis (IANA), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The Peaceman-Rachford alternating direction implicit (ADI) scheme for linear time-dependent Maxwell equations is analyzed on a heterogeneous cuboid. Due to discontinuities of the material parameters, the solution of the Maxwell equations is less than $H^2$-regular in space. For the ADI scheme, we prove a rigorous time-discrete error bound with a convergence rate that is half an order lower than the classical one. Our statement imposes only assumptions on the initial data and the material parameters, but not on the solution. To establish this result, we analyze the regularity of the Maxwell equations in detail in an appropriate functional analytical framework. The theoretical findings are complemented by a numerical experiment indicating that the proven convergence rate is indeed observable and optimal.


Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000152910
Veröffentlicht am 22.11.2022
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Analysis (IANA)
Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM)
Sonderforschungsbereich 1173 (SFB 1173)
Publikationstyp Forschungsbericht/Preprint
Publikationsmonat/-jahr 11.2022
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2365-662X
KITopen-ID: 1000152910
Verlag Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Umfang 44 S.
Serie CRC 1173 Preprint ; 2022/62
Projektinformation SFB 1173/2 (DFG, DFG KOORD, SFB 1173/2 2019)
Externe Relationen Siehe auch
Schlagwörter Maxwell equations, splitting method, heterogeneous media, error analysis, loss of convergence order
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