«ИЗВЕСТИЯ ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА». СЕРИЯ «МАТЕМАТИКА»
«IZVESTIYA IRKUTSKOGO GOSUDARSTVENNOGO UNIVERSITETA». SERIYA «MATEMATIKA»
«THE BULLETIN OF IRKUTSK STATE UNIVERSITY». SERIES «MATHEMATICS»
ISSN 1997-7670 (Print)
ISSN 2541-8785 (Online)

Список выпусков > Серия «Математика». 2026. Том 57

Тензорное представление численного метода решения задачи Плато

Автор(ы)

В. А. Клячин1,2

Волгоградский государственный университет, Волгоград, Российская Федерация 

Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Российская Федерация

Аннотация
Предлагается операторный подход для решения вычислительных задач на нерегулярных сетках в виде триангуляций. В основе предлагаемого метода лежит организация вычислительного процесса как последовательности операций над многомерными тензорами, которые представляют все обрабатываемые данные, включая описание структуры триангуляции, вершины триангуляции, стороны треугольников и нормали к ним, а также значения сеточных функций в вершинах триангуляции. Для демонстрации эффективности предлагаемого метода проведен ряд численных экспериментов по вычислению градиента кусочно-линейной функции на триангуляциях. Сравнение времени приводилось с прямым методом вычисления, который подразумевает выполнение вычислений для каждого отдельного треугольника. В качестве нетривиального примера применения указанного подхода рассматривается численное решение задачи Плато на поиск полигональной поверхности минимальной площади в R 3 с фиксированным граничным контуром в виде пространственной ломаной. Решение этой задачи ищется методом градиентного спуска. Расчетная схема представлена в виде тензорных операций, список которых приводится. Программная реализация выполнена с использованием языка программирования Python и его библиотеки NumPy, предназначенной для работы с многомерными массивами. Приведены примеры расчета приближенных решений задачи на минимум площади, моделирующие известные минимальные поверхности: геликоид, катеноид и поверхность Шерка.
Об авторах
Клячин Владимир Александрович, д-р физ.-мат. наук, проф., Волгоградский государcтвенный университет, Волгоград, 400062, Российская Федерация, klchnv@mail.ru
Ссылка для цитирования
Клячин В. А. Тензорное представление численного метода решения задачи Плато // Известия Иркутского государственного университета. Серия Математика. 2026. Т. 57. C. 3–18. https://doi.org/10.26516/1997-7670.2026.57.3
Ключевые слова
триангуляция, полигональная поверхность, задача на минимум площади, численные методы, тензорные операции
УДК
517.97
MSC
49J35, 65K10
DOI
https://doi.org/10.26516/1997-7670.2026.57.3
Литература
  1. Водопьянов С. К., Молчанова А. О. Вариационные задачи нелинейной теории упругости в некоторых классах отображений с конечным искажением // Доклады Академии наук. 2015. Т. 465, № 5. С. 523–526. https://doi.org/10.7868/S086956521535008X
  2. Григорьева Е. Г., Клячин А. А., Клячин В. А. Алгоритмы идентификации границы и визуализация решения задачи Плато в среде Blender // Научная визуализация. 2017. Т. 9, № 4. C. 13–25. https://doi.org/10.26583/sv.9.4.02
  3. Дао Чонг Тхи, Фоменко А. Т. Минимальные поверхности и проблема Плато. М. : Наука, 1987. 312 с.
  4. Клячин В. А., Кузьмин В. В. О существовании приближенных решений вариационных задач в нелинейной теории упругости // Известия Иркутского государственного университета. Серия Математика. 2025. Т. 53. С. 51–68. https://doi.org/10.26516/1997-7670.2025.53.51
  5. Краснов М. М., Балашов В. А., Савенков Е. Б. Применение сеточно-операторного подхода для эффективной реализации явных разностных схем // Математическое моделирование. 2021. Т. 33, № 2. С. 20–40. https://doi.org/10.20948/mm-2021-02-02
  6. Кузьмин В. В. Расчет 3D-формы гиперупругого тела для моделей нелинейной теории упругости методом Ньютона // Математическая физика и компьютерное моделирование. 2024. Т. 27, № 2. С. 80–91. https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2024.2.7
  7. О представлении разностных схем математической физики в операторной форме / А. А. Самарский, В. Ф. Тишкин, А. П. Фаворский, М. Ю. Шашков // Доклады АН СССР. 1981. Т. 258, № 5. С. 1092–1096.
  8. Операторные разностные схемы / А. А. Самарский, В. Ф. Тишкин, А. П. Фаворский, М. Ю. Шашков // Дифференциальные уравнения. 1981. Т. 7, № 7. С. 1317–1327.
  9. Саранин В. А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. М. : Ин-т компьютер. исслед., 2002. 144 c.
  10. Финн Р. Равновесные капиллярные поверхности. Математическая теория / с доб. Х. Уэнта ; пер. с англ. З. Я. Шапиро ; под ред. А. Т. Фоменко. М. : Мир, 1989. 310 с.
  11. Ball J. M. Convexity conditions and existence theorems in nonlinear elasticity // Arch. Ration. Mech. Anal. 1977. N 63. P. 337–403.
  12. Klyachin A. A., Klyachin V. A. Study of the existence and uniqueness of polygonal minimal surfaces // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2025. Vol. 46, N 3. pp. 1139–1150. https://doi.org/10.1134/S1995080225605156

Полная версия (русская)