Harmonic Analysis/Numerical Analysis
Analytical and numerical results for first escape time in 2D
[Les résultats analytiques et numériques pour la première évasion de temps en 2D]
Comptes Rendus. Mathématique, Tome 349 (2011) no. 3-4, pp. 191-194.

Nous considérons le problème d'une particule soumise au mouvement brownien dans un domaine 2D circulaire avec frontiers refletantes, sauf pour une porte d'absorption. Une solution exacte pour le moment première évasion moyenne est donnée pour une porte de n'importe quelle taille. En outre obtenu est la densité de probabilité exacte de l'emplacement d'une particule sortant. Des simulations numériques du processus stochastique avec un pas finis sont comparés avec la solution exacte pour le mouvement brownien (la limite de taille nulle étape). La différence entre les deux semble diminuer avec l'étape de diminution de la taille.

We consider the problem of a particle subject to Brownian motion in a 2D circular domain with reflecting boundaries except for an absorbing gate. An exact solution for the mean first escape time is given for a gate of any size. Also obtained is the exact probability density of the location of an exiting particle. Numerical simulations of the stochastic process with finite step size are compared with the exact solution to the Brownian motion (the limit of zero step size). The difference between the two appears to decrease with diminishing step size.

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DOI : 10.1016/j.crma.2010.11.024
Caginalp, Carey 1 ; Chen, Xinfu 1

1 Mathematics Department, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260, United States
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Caginalp, Carey; Chen, Xinfu. Analytical and numerical results for first escape time in 2D. Comptes Rendus. Mathématique, Tome 349 (2011) no. 3-4, pp. 191-194. doi : 10.1016/j.crma.2010.11.024. http://www.numdam.org/articles/10.1016/j.crma.2010.11.024/

[1] Xinfu Chen, Avner Friedman, Asymptotic analysis for the narrow escape problem, preprint.

[2] Grigoriev, I.V.; Makhnovskii, Y.A.; Berezhkovskii, A.M.; Zitserman, V.Y. Kinetics of escape through a small hole, J. Chem. Phys., Volume 116 (2002), pp. 9574-9577

[3] Holcman, D.; Schuss, Z. Diffusion escape through a cluster of small absorbing windows, J. Phys. A: Math. Theory, Volume 41 (2008), p. 155001

[4] S. Pillay, M.J. Ward, A. Peirce, R. Straube, T. Kolokolnikov, An asymptotic analysis of the mean first passage time for narrow escape problems, in press.

[5] Redner, S. A Guide to First Passage Time Processes, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2001

[6] Schuss, Z. Theory and Applications of Stochastic Differential Equations: An Analytical Approach, Springer, New York, 2010

[7] Singer, A.; Schuss, Z.; Holcman, D. Narrow escape, Part II: the circular disk, J. Stat. Phys., Volume 122 (2006), pp. 465-489

[8] Zwanzig, Z. A rate process with an entropy barrier, J. Chem. Phys., Volume 94 (1991), pp. 6147-6152

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