The Analytical Solutions of Some Conformable Fractional Differential Equationsby Using Effcient Methods

Thumbnail Image

Date

2019

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Imam Abdulrahman Bin Faisal University

Abstract

This study sought to the analytical solution of some conformable fractional differential equations by using efficient methods” by achieving the following two main objectives: First: Highlighting on a newly emerged operator (conformable fractional operator) and also focus on the relevant rules (properties) of this operator which including some new generalizations and comparisons. Second: Providing the general analytical solutions of several conformable linear and non-linear fractional differential equations by using some new effective methods and demonstrate each case with illustrative examples. This study is organized in four chapters: The first chapter studies the basic concepts of some special functions and some important transformations related to the field of fractional calculus. The second and third chapters contain the basic definitions and rules of three fractional operators which are: The Riemann-Liouville, Caputo and conformable fractional operators. The third chapter highlights on the most important factor in achieving our desired results and it focuses on the conformable fractional operator and their rules (properties). Moreover, some desirable rules and formulas are also derived and generalized related to this operator such as the fractional derivatives of inverse of trigonometric functions, conformable fractional Sumudu transform and conformable Natural transform. In the last chapter, we present the general analytical solutions of several conformable linear and non-linear fractional differential equations by using some new and efficient methods and can be classified as in the following parts: First Part: In this part, we study the general exact solutions of the first, second and higher-order conformable fractional differential equations based on the following well-known methods: Fractional undetermined coefficient method, fractional variation of parameter method and Laplace transform method. Second Part: In this part, we list the general solutions of several conformable fractional differential equations which including: The conformable linear Blasius fractional differential equation, conformable Laguerre fractional differential equation, conformable Van Der Pol Oscillator fractional differential equation, conformable Poisson Boltzmann fractional differential equation and conformable Lane-Emden fractional differential equation by using some new efficient methods which are: Power series method, conformable fractional Laplace transform, conformable fractional Sumudu transform, conformable fractional Natural transform and combined A domain fractional decomposition method. Some illustrated examples and special cases are also given and discussed to show our new approaches. Finally, the study has concluded that the all results that related to the conformable fractional operator were fully consistent with the same results as in the ordinary calculus as a special case when α = 1.

Description

سعت هذه الدراسة المعنونة ب" الحلول التحليلية لبعض المعادلات التفاضلية الكسرية القابلة للتطابق بأستخدام طرق فعالة " إلى تحقيق هدفين رئيسين، هما: الأول - تسليط الضوء على مؤثر ظهر حديثاً وهو )المؤثر الكسري القابل للتطابق( وإب ا رز أهم الخصائص والقواعد المرتبطة به، وعقد مقارنة بينه وبين مؤث ا رت أخرى . الثاني - تقديم الحلول التحليلية العامة لعدد من المعادلات: الكسرية الخطية، وغير الخطية القابلة للتطابق، باستخدام طرق جديدة وفاعلة، اولبرهنة على كل حالة بأمثلة توضيحية. وقد تعامدت هذه الد ا رسة على أربعة فصول، عرض الفصل الأول منها: المفاهيم الأساسية لبعض الدوال الخاصة، وبعض التحويلات المهمة التي تخدم النتائج التي أسفرت عنها الأطروحة. وضم الفصلان - الثاني اولثالث – التعريفات الأساسية لثلاثة مؤث ا رت كسرية، وهي: مؤثر )ريمان-لوفيل الكسري(، ومؤثر )كابتو الكسري(، والمؤثر )الكسري القابل للتطابق(، واقترن تعريف هذه المؤثرات بدراسة معظم القواعد والخصائص ذات الصلة بها، فضلا عن تعميم أهم القواعد للمشتقات والتكاملات الكسرية القابلة للتطابق لمعظم الدوال المشهورة، ودعمت الد ا رسة بجدول يوضح أوجه الاختلاف بين المؤث ا رت المذكورة، كما لم يخل محتوى الفصلين من د ا رسة تحويل )لابلاس الكسري القابل للتطابق(، مع إعادة صياغة تحويل )سومودو والتحويل الطبيعي( إلى )تحويلات كسرية قابلة للتطابق(، و ختم هذا الجزء من الد ا رسة باستنتاج القواعد والخواص الأساسية لهذه التحويلات المعمّمة وتعميمها. ولقد تفرد الباب الأخير من هذه الأطروحة: بالمعادلات التفاضلية الكسرية القابلة للتطابق، والطرق المستخدمة في حلها، من خلال تقديم الحلول العامة للمعادلات التفاضلية الكسرية القابلة للتطابق التي تتألف من ج أ زين، هما على النحو الآتي: الجزء الأول - معادلات كسرية من الرتب المختلفة - أولى، وثانية، وعليا- ، واعت مد في حلها عدة طرق، هي: طريقة) المعاملات غير محددة الكسرية(، وطريقة )البا ا رميت ا رت الكسرية(، وطريقة )تحويل لابلاس الكسرية(. الجزء الثاني - معادلات تفاضلية مشهورة ذات طبيعة تطبيقية بعد إعادة صياغتها إلى معادلات كسرية، وهي: معادلة )بلازيوس الكسرية(، معادلة )لاجير الكسرية(، ومعادلة )فان دير بول المتذبذبة الكسرية(، ومعادلة )لان أمدن الكسرية(، ومعادلة )بواسون بولتزمان الكسرية(، وقد جرى توظيف طرق جديدة لحلها، وهي: طريقة )متسلسلات القوى الكسرية( وطريقة )تحويل لابلاس الكسرية( وطريقة )تحويل سومودو الكسري ( وطريقة )التحويل الطبيعي الكسري (. واتنهت الد ا رسة إلى أن جميع النتائج ذات الصلة بالمؤثر الكسري القابل للتطبيق كانت متوافقة تماماً مع مثيلاتها الاعتيادية عند وضع α=1 كحالة خاصة.

Keywords

PureMathematic, conformable fractional operator, conformable linear differential equations, conformable nonlinear differential equations

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By

Copyright owned by the Saudi Digital Library (SDL) © 2025