Asymptotics of the principal eigenvalue of the Laplacian in 2D periodic domains with small traps
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Notice bibliographique
Résumé
We derive and numerically implement various asymptotic approximations for the lowest or principal eigenvalue of the Laplacian with a periodic arrangement of localised traps of small \[\mathcal{O}(\varepsilon )\] spatial extent that are centred at the lattice points of an arbitrary Bravais lattice in \[{\mathbb{R}^2}\] . The expansion of this principal eigenvalue proceeds in powers of \[\nu \equiv - 1/\log (\varepsilon {d_c})\] , where d c is the logarithmic capacitance of the trap set. An explicit three-term approximation for this principal eigenvalue is derived using strong localised perturbation theory, with the coefficients in this series evaluated numerically by using an explicit formula for the source-neutral periodic Green’s function and its regular part. Moreover, a transcendental equation for an improved approximation to the principal eigenvalue, which effectively sums all the logarithmic terms in powers of v , is derived in terms of the regular part of the periodic Helmholtz Green’s function. By using an Ewald summation technique to first obtain a rapidly converging infinite series representation for this regular part, a simple Newton iteration scheme on the transcendental equation is implemented to numerically evaluate the improved ‘log-summed’ approximation to the principal eigenvalue. From a numerical computation of the PDE eigenvalue problem defined on the fundamental Wigner–Seitz (WS) cell for the lattice, it is shown that the three-term asymptotic approximation for the principal eigenvalue agrees well with the numerical result only for a rather small trap radius. In contrast, the log-summed asymptotic result provides a very close approximation to the principal eigenvalue even when the trap radius is only moderately small. For a circular trap, the first few transcendental correction terms that further improves the log-summed approximation for the principal eigenvalue are derived. Finally, it is shown numerically that, amongst all Bravais lattices with a fixed area of the primitive cell, the principal eigenvalue is maximised for a regular hexagonal arrangement of traps.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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