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Title: Numerical Study of Volterra Integral Equations with Delay
Authors: Hayet, BOUZERAIEB
Keywords: équation intégrale de Volterra à retard, équation intégro-différentielle de Volterra à retard, méthode de collocation, polynômes de Taylor.
Issue Date: Jul-2026
Publisher: university of mila
Citation: Applied mathematics
Abstract: This thesis is devoted to the development of Taylor collocation method for a class of Volterra-type problems, including linear delay Volterra integral equations, and Volterra integro-differential equations with two constant delays. Such models naturally arise in many applied fields, including population dynamics, epidemiology, iscoelasticity, control theory, and systems with memory effects, where hereditary phenomena and time delays play a crucial role. The solution is approximated by piecewise Taylor polynomials on each subinterval, leading to an explicit and direct numerical scheme. A key advantage of the method is that it avoids the solution of large algebraic systems, which significantly reduces computational cost and enhances numerical stability. The coefficients of the local Taylor expansions are computed recursively using the governing equations, ensuring a consistent and globally defined approximation. A rigorous convergence analysis is carried out under ppropriate smoothness assumptions on the data. Using discrete Grönwall-type inequalities, it is shown that the proposed method converges. Several numerical experiments are presented to validate the theoretical results and to illustrate the accuracy, and efficiency of the method for different delay configurations.
Description: Cette thèse est consacrée au développement de la méthode de collocation de Taylor pour une classe de problèmes de type Volterra, incluant les équations intégrales de Volterra linéaires à retard ainsi que les uations intégro-différentielles de Volterra avec deux retards constants. De tels modèles apparaissent naturellement dans de nombreux domaines appliqués, notamment la dynamique des populations, lépidémiologie, la coélasticité, la théorie du contrôle et les systèmes à mémoire, où les phénomènes héréditaires et les retards temporels jouent un rôle essentiel. La solution est approchée par des polynômes de Taylor définis par orceaux sur chaque sous-intervalle, ce qui conduit à un schéma numérique explicite et direct. Un avantage majeur de la méthode réside dans le fait quelle ne nécessite pas la résolution de grands systèmes algébriques, ce qui permet de réduire significativement le coût de calcul et daméliorer la stabilité numérique. Les coefficients des développements de Taylor locaux sont calculés de manière récursive à partir des équations gouvernantes, garantissant ainsi une approximation cohérente et globalement définie. Une analyse rigoureuse de la nvergence est menée sous des hypothèses appropriées de régularité des données. En utilisant des inégalités de type Grönwall discrètes, il est démontré que la méthode proposée est convergente. Plusieurs expériences numériques sont présentées afin de valider les résultats théoriques et dillustrer la précision et lefficacité de la méthode pour différentes configurations de retard.
URI: http://dspace.centre-univ-mila.dz/jspui/handle/123456789/4851
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