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A Lagrange-Newton method for solving optimal control problems on manifolds

Titelangaben

Weigl, Laura ; Schiela, Anton:
A Lagrange-Newton method for solving optimal control problems on manifolds.
Bayreuth , 2026 . - 30 S.
DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2610.06310

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Abstract

In PDE-constrained optimization a control is applied within a partial differential equation (PDE), e.g., as a force field, to achieve a desired configuration of the PDE solution. The objective is usually to find an optimal balance between control cost and deviation of the controlled state from the desired configuration.
We consider this problem class in a setting, where the PDE is given by a geometric variational equation and the state is a mapping into a nonlinear manifold. We define a Lagrangian function corresponding to this geometric optimal control problem and derive first-order optimality conditions. Moreover, we present a Lagrange-Newton method for their numerical solution. We introduce an implementable algorithm using a local splitting technique and show its equivalence to Newton's method applied to the derivative of the Lagrangian. The theoretical framework is illustrated by numerical examples, including the optimal control of elastic geodesics and surfaces of minimal energy by force fields and the control of inextensible rods and shells.

Weitere Angaben

Publikationsform: Preprint, Postprint
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: geometric optimal control; Newton's method; Banach manifolds
Fachklassifikationen: MSC classes: 49M15, 53-08, 49K20
Institutionen der Universität: Fakultäten
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Profilfelder
Profilfelder > Advanced Fields
Profilfelder > Advanced Fields > Nichtlineare Dynamik
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
Eingestellt am: 07 Okt 2026 07:10
Letzte Änderung: 07 Okt 2026 07:10
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/99623