Florian Méhats, Philippe Chartier, Yong Zhang, Mechthild Thalhammer, Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR), AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Invariant Preserving SOlvers (IPSO), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-AGROCAMPUS OUEST, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Department of Mathematics [Innsbruck], University of Innsbruck, Wolfgang Pauli Institute (WPI), University of Vienna [Vienna], ANR-11-IS01-0003,LODIQUAS,modelisation et simulation numerique pour les systemes quantiques de basse dimension.(2011), ANR-14-CE23-0007,MOONRISE,MOdèles, Oscillations et SchEmas NUmeriques(2014), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Leopold Franzens Universität Innsbruck - University of Innsbruck, Institut de Recherche Mathématique de Rennes ( IRMAR ), Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -AGROCAMPUS OUEST-École normale supérieure - Rennes ( ENS Rennes ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université de Rennes 2 ( UR2 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Invariant Preserving SOlvers ( IPSO ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ), Wolfgang Pauli Institute ( WPI ), ANR-11-IS01-0003,LODIQUAS,modelisation et simulation numerique pour les systemes quantiques de basse dimension. ( 2011 ), ANR-14-CE23-0007,MOONRISE,MOdèles, Oscillations et SchEmas NUmeriques ( 2014 ), and ANR-11-LABX-0020,LEBESGUE,Centre de Mathématiques Henri Lebesgue : fondements, interactions, applications et Formation(2011)
In this work, the error behavior of operator splitting methods is analyzed for highly-oscillatory differential equations. The scope of applications includes time-dependent nonlinear Schrödinger equations, where the evolution operator associated with the principal linear part is highly-oscillatory and periodic in time. In a first step, a known convergence result for the second-order Strang splitting method applied to the cubic Schrödinger equation is adapted to a wider class of nonlinearities. In a second step, the dependence of the global error on the decisive parameter 0 > ε > > 1 0 > \varepsilon >\!\!> 1 , defining the length of the period, is examined. The main result states that, compared to established error estimates, the Strang splitting method is more accurate by a factor ε \varepsilon , provided that the time stepsize is chosen as an integer fraction of the period. This improved error behavior over a time interval of fixed length, which is independent of the period, is due to an averaging effect. The extension of the convergence result to higher-order splitting methods and numerical illustrations complement the investigations.