含点奇异的薛定谔方程傅里叶谱方法中的渐近恢复
本文研究含奇异势 \(V \in H^{s}\) 的薛定谔方程的傅里叶谱方法,其中 \(s > \max\{d/2-2, -1\}\),\(d\) 表示空间维度。该设定涵盖一大类奇异势,例如三维库仑势和一维狄拉克δ势。首先,该工作将费什巴赫-舒尔映射与精细的扰动论证相结合,推导出傅里叶谱方法的尖锐收敛阶,特征值达到 \(2s+2\) 阶,特征函数在 \(H^1\) 范数下达到 \(s+1\) 阶。更重要的是,投影特征函数的 \(H^1\) 误差以更高阶 \(s+1+b\) 收敛,其中 \(b = \min\{s+2-d/2-\varepsilon, s+1, 2\} > 0\)(\(\varepsilon\) 为任意小正数),揭示了一种超收敛现象。其次,对于具有孤立点奇异性的势,该研究开发了一种渐近恢复技术来后处理傅里叶谱方法的解。所提出的方法(称为AR-FSM)充分利用了超收敛性质,使特征值达到 \(2s+2+2b\) 阶收敛,特征函数在 \(H^1\) 范数下达到 \(s+1+b\) 阶收敛,而AR后处理仅需与傅里叶谱方法自由度数量线性相关的计算成本。该分析引入了点奇异性的严格定义,并为其研究建立了基础框架。进一步,该工作建立了特征函数的渐近展开式,其中包含一个属于 \(H^{s+4}\) 的正则分量,以及与每个奇异点相关的 \(d+1\) 个渐近函数。数值实验证实了这些理论界的尖锐性。

