半线性抛物方程(精选四篇)
半线性抛物方程 篇1
设P>1,m,n,T>0,u0是定义在R+N上的非负连续函数。考虑初边值的问题:
其中x′=(x1,…xN-1),
对于全空间RN上的相应问题
是由H.Fujita在[1]中进行了研究,他证明了当m=0时,当1<p<pc=1+时,(1.2)的任何解都在有限时刻爆破;当p>pc时,(1.2)的解对小初值存在整体解,但对大初值不存在整体解。
对于m≠0的情形是由Bandle和Levine在[2][3]中得到了相应的结果,他们证明了当m>-2时,当1<p<pc=1+时,(1.2)的任何解都在有限时刻爆破,当p>pc时,(1.2)的解对小初值存在整体解,但对大初值不存在整体解。pc称为爆破的临界指标.详细情形可参见[4]。
本论文主要目的是考察在半空间上当m,n≠0时,它们对方程(1.1)的可解性,主要结果可叙述为:
定理1.1设u0(x)叟0,且不恒等于零,则当1<p<1+时。(1.1)的解u(x,t)在有限时刻爆破。
定理1.1设p>1+N+1m+n+2,则当u0(x)充分大时,(1.1)的解在有限时刻爆破;而当u0(x)充分小时,(1.1)具有整体解。
下面我们将给出若干引理。
众所周知问题(1.1)的基本解为
G(x,y,t)=准(x-y,t)-准(x-y軃,t)(1.3)(x,t)∈R+N×(0,T)y軃=(y1,…,yN-1,-yN),
引理1.1设u(x,t)满足(1.1),则存在t0>0,c>0,对坌t>t0,使得
证明:易知(1.1)的解可表示成
注意到u0(x)叟0,x∈R+N,因此存在x0∈R+N,以及ε>0和常数c>0,使得u0(x)叟c,x∈Bε(x0)∈R+N,因此有
对于基本解G(x,y,t)有如下估计:
将(1.6)代入(1.5),对t>t0叟1有
引理1.2设u(x,t)满足(1.1),且u(x,t)叟,则存在正常数c及t2使得
证明:由于u0叟0且G(x,y,t)为正函数,由引理(1.1)可知
由(1.8)和(1.9)可得
令τ=r(t-s),由
引理1.3设u(x,t)是(1.1)的解,则当1<p<1+时,对坌r>0存在cr,tr>0,使得u(x,t)叟crtrexp-,t叟tr
进而有(x,t)=∞。
证明:由于u(x,t)满足(1.1),由引理(1.1)可知存在常数c及t0使得
又由引理(1.2)可知存在常数c1,t1使得
定义映射ω(l)存在不动点
由此可得,当p∈(1,p0),有ω(l)叟l,令ωk(l1)=lk+1,如果能够证明
便有u(x,t)叟crtrexp
因而有(x,t)=∞
下面让我们证明(1.10):
下面我们可采用归纳法来证明,设
不难证明
因此归纳假设成立,即
因此选取k充分大使得
1 主要结果的证明
定理1.1的证明:运用反证法.假设(1.1)具有整体解,则由引理1.3可知,通过一个时间轴变换,我们不妨假设u0充分大,选取有界区域Ω∈R+N使得
又由[5][6]的结果可知,当u0(x,t)充分大时,U(x,t)必在有限时刻爆破,由此及(1.11)可知u(x,t)必在有限时刻爆破,这就产生了矛盾,定理1证毕。
定理1.2的证明:爆破结论的证明完全类似于定理1.1,从略.下面对整体解的存在性进行证明,现在让我们来寻找(1.1)具有如下形式的上解
其中为待定常数.通过计算表明要使其成为问题(1.1)的上解,只需
由p>1可知,存在常数使得
因此要是(1.14)成立,只需
即则当+1时,即时,对充分小的A必有(1.14)成立,这样就构造了(1.1)的一上解,因而当u0(x)充分小时,(1.1)具有整体解,证毕。
参考文献
[1]Fujita.H,On the Blowing up of Solutions of the Cauchy Probem for ut=△u+u1+α[J].Fac.SciUniv.Tokyo sect.I,1966,13:109-124.
[2]Bandle C,LevineH A.On the existence and Nonexistence of Global Solution of reactin-diffusion Equations in Secterial Domains[J].Trans.Amer,Math.soc,1989,316:595-622.
[3]Levine H.The Roleofcritical Exponentsn Blow-up Theorems[J].SIAMRew,1990,32:262-288.
[4]Pinsky R G.Existence and Nonexistence of Global Solutions for ut=△u+(ax)upin Rd[J].j.d.e.1997,133:152-177.
[5]Escobedo M A.A Semilinear Paraolic System in a Bounded Domain[J].Annalidz Math.Pura ed Avvl.(IV),1993.115:315-336.
半线性抛物方程 篇2
一类四阶半线性抛物型方程的有限差分方法
研究了一类四阶半线性抛物方程,对其提出有限差分格式,并进行收敛性分析,得到L2范数下的误差估计.
作 者:纪维强 杨青 JI Wei-qing YANG Qing 作者单位:山东师范大学数学科学学院,济南,250014刊 名:科学技术与工程 ISTIC英文刊名:SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING年,卷(期):8(23)分类号:O241.82关键词:四阶抛物方程 有限差分法 误差估计
半线性抛物方程 篇3
最近, 分数阶微分方程受到广泛的关注。这不仅是分数阶微分方程的理论发展的需要, 也是分数阶微分方程应用的需要。 除了数学的多个领域, 分数阶微分方程还在流体力学, 流变学, 黏弹性力学, 分数控制系统与分数控制器, 各种电子回路, 电分析化学, 生物系统的电传导, 神经的分数模型以及回归模型, 特别是与分形维数有关的物理与工程方面有广泛的应用[1,2,3,4,5]。
本文考虑分数阶微分方程
D
u (0) =u (1) =u′ (0) =u′ (1) =0 (1)
式 (1) 中3<α≤4是任意实数, D
1 预备知识
我们先介绍一些分数阶微积分定义和理论。这些定义可以在最近的文献[6,7]中找到。
定义1.1[6] 函数h: (0, ∞) →R的 α>0阶Riemann-Liouville积分是指
I
其中右边是在 (0, ∞) 上逐点定义的。
定义1.2[6] 函数y: (0, ∞) →R的 α>0阶Riemann-Liouville微分是指
给出其中
引理1.1[7] 给定h∈C (0, 1) , 3<α≤4, 方程
D
u (0) =u (1) =u′ (0) =u′ (1) =0,
的唯一解是u (t) =
其中
引理1.2[7] 由上式定义的函数G (t, s) 满足下面的结论
(1) G (t, s) =G (1-s, 1-t) , 其中t, s∈ (0, 1) ;
(2) (α-2) tα-2 (1-t) 2s2 (1-s) α-2≤Γ (α) ×G (t, s) ≤M0s2 (1-s) α-2, 其中t, s∈ (0, 1) ;
(3) G (t, s) >0, 其中t, s∈ (0, 1) ;
(4) (α-2) s2 (1-s) α-2tα-2 (1-t) 2≤
Γ (α) G (t, s) ≤M0tα-2 (1-t) 2,
其中t, s∈ (0, 1) , M0=max{α-1, (α-2) 2}。
引理 1.3[8]X是Banach空间, P∈X是X的锥。假设Ω1, Ω2是X的开子集, 0∈Ω1⊂
(i) ‖Sω‖≤‖ω‖, ω∈P∩∂Ω1,
‖Sω‖≥‖ω‖, ω∈P∩∂Ω2, 或者
(ii) ‖Sω‖≥‖ω‖, ω∈P∩∂Ω1,
‖Sω‖≤‖ω‖, ω∈P∩∂Ω2,
那么S在
2 主要结果
给出如下的几个假设
(H1) f:[0, 1]×[0, ∞) →[0, ∞) 是连续的, p, q≻0, 这里p≻0表示当t∈[0, 1]时, p≥0, 且在一个正测集上是恒正的。
(H2) 存在
∫
由引理1.1和引理1.2很容易得出下面的引理。
引理2.1 假设γ (t) 是方程
D
u (0) =u (1) =u′ (0) =u′ (1) =0,
的唯一解, 则
其中‖q‖1=∫
为证方程 (1) 有解, 我们先考虑下面的修正方程
式 (2) 中γ (t) 定义见引理2.1。
则我们有下面的结论
引理2.2 如果当t∈[0, 1]时均有u (t) ≥γ (t) , 则当u (t) 是方程 (2) 的正解时, u (t) -γ (t) 就是方程 (1) 的正解。
证明 事实上, 令x (t) =u (t) -γ (t) , 则x (t) ≥0, 且u (t) =x (t) +γ (t) 带入方程 (2) 得
由γ定义可得
证毕。
因此我们首先寻找方程 (2) 的正解。
显然方程 (2) 等价于下面的积分方程
u (t) =∫
令E=C[0, 1], 则E是Banach空间, 范数为
定义
显然K是E=C[0, 1]中一个锥。
再令T:K→E如下
(Tx) (t) :=∫
显然方程 (2) 有解等价于Tx=x有不动点。
很容易可以得到下面的两个引理。
引理2.3 假设 (H1) 成立, 则T (K) ⊂K。
引理2.4T:K→K是全连续的。
为了证明方便, 我们给出下面几个记号
定理2.1 假设 (H1) , (H2) 成立, 另外假设下面的几个条件成立
(A1) 存在常数
(A2) 存在常数R2>2R1使得
则方程 (1) 至少有两个正解。
证明 我们首先证明式 (2) 至少有两个正解x1, x2满足R1≤‖x1‖<R2<‖x2‖≤R3。
令Ω1={x∈K|||x||<R1}.则对任意的x∈∂Ω1, t∈[0, 1], 由引理2.1有
由 (A1) 和引理1.2可得
M0∫
因此 ‖Tx‖≤‖x‖, x∈K∩∂Ω1。
另一方面, 令Ω2={x∈K|‖x‖<R2}。则对任意的x∈∂Ω2, t∈[0, 1], 注意到R2>2R1, 我们有
所以由式 (3) , 对任意的
由 (A2) , 式 (3) 和引理1.2, 对任意的x∈∂Ω2, t∈[θ, 1-θ]有
因此 ‖Tx‖>‖x‖, x∈K∩∂Ω2。
。则对于上述的ε, 由 (A3) 知, 存在N>R2>0, 使得对任意的t∈[0, 1], u≥N, 有f (t, u) ≤εu。
令
x (s) -γ (s) ) ds≤M0∫
这说明 ‖Tx‖≤‖x‖, x∈K∩∂Ω3。
因此由引理1.3, 方程 (2) 至少存在两个正解x1, x2满足R1≤‖x1‖<R2<‖x2‖≤R3。又由
所以x1, x2也是式 (1) 的解, 证毕。
类似的, 我们不加证明的给出下面的结论。
定理2.2 假设 (H1) , (H2) 成立, 另外假设下面的几个条件成立
(A4) 存在常数
(A5) 存在常数
则方程 (1) 至少有两个正解。
例2.1 考虑如下的分数阶微分方程
u (0) =u (1) =u′ (0) =u′ (1) =0。 (4)
式 (4) 中
令
并且,
显然f:[0, 1]×[0, ∞) →[0, ∞) 是连续的。由定理2.2知式 (4) 至少存在两个解u1, u2。
摘要:应用Krasnoselskii不动点定理研究了分数阶微分方程的多重正解的存在性。D0α+u (t) =p (t) f (t, u (t) ) -q (t) , 0<t<1, u (0) =u (1) =u′ (0) =u′ (1) =0。其中3<α≤4是任意实数, D0α+是标准的Riemann-Liouville型分数阶微分。
关键词:正解,分数阶微分方程,半正边值问题,锥不动点定理
参考文献
[1]Anatoly K A, Hari S H, Juan T J.Theory and applications of frac-tional differential equations.North-Holland Mathematics studies, 204, Amsterdam;Elsevier Science B.V., 2006
[2]Oldham K B, Spanier J.The fractional calculus.NewYork and Lon-don;Academic Pree, 1974
[3] Ross B (ED.) . The fractional calculus and its applications. Lecture Notes in Mathematics 475, Berlin, Springer-Verlag, 1975
[4] Nonnenmacher T F, Metzler R. On the Riemann-Liouvile fractional calculus and some recent applications. Fractals, 1995;3: 557—566
[5] Tatom FB. The relationship between fractional calculus and fractals. Fractals, 1995;3:217—229
[6]Bai Z, Lu H.Positive solutions for boundary value problem of nonlin-ear fractional differential equation, J Math Anal Appl, 2005;311:495—505
[7]Xu X, Jiang D, Yuan C.Multiple positive solutions for boundary val-ue problem of nonlinear fractional differential equation.Nonlinear Analysis Series A:Theory, Methods and Applications, Nonlinear Analysis, 2009;71:4676—4688
半线性抛物方程 篇4
考察了在有界区域上,满足狄利克莱边界条件的一类非线性抛物方程.利用变分方法理论,把无限维的问题转化为有限维的问题,讨论了当方程的非线性项介于特征值之间时,方程的.外部项与方程解的多重性之间的联系.
作 者:燕艳菊 杨金花 金正国 YAN Yan-ju YANG Jin-hua JIN Zheng-guo 作者单位:燕艳菊,YAN Yan-ju(安阳工学院理学部,河南,安阳,455000)杨金花,YANG Jin-hua(周口师范学院数学系,河南,周口,466001)
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