Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Квазиэллиптические уравнения. Асимптотика решений. Спектральные свойства. Разрешимость краевых задач Гусейнов, Рауф Вели оглы

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гусейнов, Рауф Вели оглы. Квазиэллиптические уравнения. Асимптотика решений. Спектральные свойства. Разрешимость краевых задач : автореферат дис. ... доктора физико-математических наук : 01.01.02 / МГУ им. М. В. Ломоносова.- Москва, 1997.- 32 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-4/1980-3

Введение к работе

Актуальность темы. Настоящая диссертация посвящена качественному исследованию решений краевых задач для ква-зиэллиптических уравнений. Класс квазиэллиптических уравнений содержит как параболические так и эллиптические уравнения. Исследования последних лет (например, работы С. Агмона, А. Дуглиса, Л. Ниренберга, М. Шехтера, Я. Б. Лопатинского и другие) привели теорию эллиптических систем и уравнений к законченному виду. В этих работах установлены теоремы о нормальной разрешимости краевых задач общего вида, теоремы о гладкости решений в гладкой области при гладких коэффициентах и правых частях уравнения и граничных операторов. Решена полностью проблема индекса. То же относится к теории параболических уравнений и систем таких уравнений. Разные вопросы теории квазиэллиптических уравнений разрабатывались в работах С. Агмона и Л. Ниренберга, Л. Р. Волевича, С. В. Успенского и других. Хотя в теории квазиэллиптических уравнений методы эллиптической теории очень полезны и приводят к ряду результатов, теория квазиэллиптических уравнений имеет свою специфику. По видимому нельзя считать, что теория таких уравнений в настоящее время изучена исчерпывающим образом. Так даже постановка общей краевой задачи должна учитывать наличие характеристических точек на границе области. В теории квазиэллиптических уравнений большую роль играют теоремы вложения типа Соболева для анизотропных пространств. Теория таких пространств в настоящее время глубоко исследо-

2~

вана (см. например монографию О. В. Бесова, В. П. Ильина, С. М. Никольского [1]). Однако она не имела пока широких применений.

В настоящей работе рассматриваются общие краевые задачи для квазиэллиптических уравнений на гладких многообразиях, как конечных так и бесконечных. Изучаются вопросы гладкости решения внутри области и вплоть до её границы. Рассматриваются асимптотические свойства решений в неограниченных областях. Исследуется спектр операторов, порожденных квазиэллиптическими дифференциальными выражениями. Большое внимание уделяется неравенствам типа Харди в анизотропных пространствах, которые играют важную роль в теории квазиэллиптических уравнений.

Квазиэллиптическим в области ficl" называется уравнение

Ьи-aa(x)Vau = /,

(а,А)<1

если Т2{аіХ)=1аа{х)(і) ф 0 для V Є Mn \ {0}, х Є tl, = (&,,бг), ха = (х?,...,х%п), a = (ai,...,orn), Л = (Ai,...,An) фиксированный вектор, а,- ^ 0, А^1 > 0 (г = 1,..., п) — целые числа, (а,А) = Х3?а,-Л,-, Vа = 2>«» ...Х>», Vа' = -Щ, (г = 1,...,п),

аа(х) и f(x) определенные в области Q функции. Уравнение

Lu= Y, VaaaP{x)V^u+ aa{x)Vau = f

(а,А)=І,(/?,Л)=1 (a,A)

называется сильно квазиэллиптическим, если

J3 ЯарЄаЄр ^ С ^2 )^aj2 (С = COnSt > 0)

(a,A)=l,(/3,A)=l (а,А)=1

при всех вещественных а, /Ї = (/?!,..., /?п), /Зі ^ 0 — целые.

[1] Бесов О. В., Ильин В. П., Никольский С. М. Интегральные представления функций и теоремы вложения. М.: Наука. 1975.

— з —

В монографии Л. Хёрмандера [2] также рассматриваются квазиэллиптические уравнения.

Первыми работами, в которых введено понятие квазиэллиптического уравнения являются работы Л. Р. Волевича [3], [4]. В работах Л. Р. Волевича выводятся априорные оценки для решений квазиэллиптических систем внутри области. Из этих оценок получаются теоремы о бесконечной дифференцируемости решений квазиэллиптических систем и о принадлежности решений к классам Жевре.

В монографии Ж.-Л. Лионса и Э. Мадженеса [5] отмечена целесообразность систематического изучения граничных задач для квазиэллиптических уравнений.

В 1960-х и в начале 1970-х годов в работах Г. Джусти, Л. Арке-рида, А. Кавалуччи, Г. Бароцци, Ч. Паренти, В. Пини, М. Труази и Т. Мацузава получены результаты о существовании, априорных оценках, гладкости решений, поведении решений на бесконечности.

Ряд результатов в этом направлении принадлежит В. П. Михайлову, С. В. Успенскому и другим.

В работе В. П. Михайлова [6] доказывается нормальная разрешимость первой краевой задачи. В кн. С. В. Успенского, Г. В. Де-

[2] Хёрмандер Л. Линейные дифференциальные операторы с частными производными. М.: Мир. 1965.

[3] Волевич Л. Р. Об одном классе гипоэллиптических систем. — ДАН ССР. 1960. Т. 134. № 6. С. 1275-1285. [4] Волевич Л. Р. Локальные свойства решений квазиэллиптических систем. — Матем. сб. 1962. Т. 59 (дополн.). С. 3-52. [5] Лионе Ж.-Л. и Маджепес Э. Неоднородные граничные задачи и их приложения. М.: Мир. 1971.

[6] Михайлов В. II. Первая краевая задача для квазиэллиптических и квазипараболических уравнений. — Труды МИАН. 1967. Т. 91. С. 81-99.

— 4 —

миденко и В. Г. Перепелкина [7] приведены теоремы о корректной разрешимости краевых задач для квазиэллиптических уравнений с постоянными коэффициентами. Именно доказано, что краевая задача

L(Vx)u = f(x) а; Є Ж"

Bj(Vx)u =0, j = 1,..., /і,

при выполнении условия Лопатинского корректно разрешима в классах Wj (К") Соболева, если правая часть ортогональна к некоторым полиномам.

Существенную роль в исследовании квазиэллиптических уравнений имеют неравенства типа Харди.

Классическое неравенство Харди

" у2

J — dx ^. 4 J у'2 dx,

О и

имеет место для абсолютно непрерывных на [0, сю) функций таких, что у(0) = 0.

Много обобщений этого неравенства имеются в [1], в работах В. А. Кондратьева и О. А. Олейник, М. III. Бирмана и М. 3. Со-ломяка, В. Опица и А. Куфнера, Г. Трибеля, В. Д. Степанова и

ДР-

Неравенство Харди обобщено для случая функций многих переменных [8].

В работе Ю. С. Никольсокого [9] изучались теоремы вложения для весовых анизотропных пространств Соболева.

[7] Успенский С. В., Демиденко Г. В. и Перепелкин В. Г. Теоремы вложения и приложения к дифференциальным уравнениям. Новосибирск: Наука. 1984

[8] Бирман М. Ш., Соломяк М. 3. Количественный анализ в теоремах вложения Соболева и приложения в спектральной теории. — Десятая мат. школа. Инст. математики АН УССР. Киев. 1974. [9] Никольский Ю. С. Интегральные оценки дифференцируемых функций из весовых анизотропных пространств на неограниченных областях. — Труды МИАН. 1988. Т. 181. С. 222-240.

— 5 —

Такне теоремы, хотя они не являются обобщениями неравенства Харди, могут быть рассмотрены как некоторые оценки типа неравенства Харди.

В диссертации обобщениям неравенства Харди для функций из анизотропных пространств Соболева в 1" и в некоторых неограниченных областях посвящена целая глава (глава I). Они используются при исследовании различных задач для квазиэллипти-ческих уравнений.

Во многих работах изучался вопрос о спектре эллиптических операторов (напр. В. А. Кондратьев и Ю. В. Егоров [10], М. Ш. Бирман и М. 3. Соломяк [8], М. Рид и Б. Саймон [11]). В диссертации с помощью анизотропных неравенств Харди доказываются теоремы об отрицательном спектре квазиэллиптических операторов (глава II).

В комплексном анализе и в теории уравнений с частными производными большую роль играет теорема Фрагмена — Лин-делёфа и её обобщения. Первое обобщение принципа Фрагмена — Линделёфа для решения эллиптической задачи Дирихле в цилиндре установил П. Д. Лаке [12]. Работа П. Д. Лакса вызвала большое число продолжений. Так в работе [13] С. Агмон и Л. Ыиренберг рассматривали общие эллиптические (и квазиэллиптические) краевые задачи с постоянными коэффициентами. Случай переменных коэффициентов, стабилизирующихся на бес-

[10] Кондратьев В. А., Егоров Ю. В. Об отрицательном спектре эллиптических операторов. — Матем. сб. 1990. Т. 181. № 2. С.147-166.

[11] Рид М. и Саймон Б. Методы современной математической физики. Т. 4. М.: Мир. 1982.

[12] Лаке П. Д. Теорема Фрагмена — Линделёфа в гармоническом анализе и её применения к некоторым вопросам эллиптических уравнений. — «Математика» сб. пер. 1959. Т. 3. № 4. С. 107-132.

[13] Agmon S. and Nirenberg L. Properties of solutions of ordinary differential equations in Banach space. — Communications on pure and applied mathematics. 1963. V. XVI. P.P. 121-239.

— 6 —

конечности к постоянным, изучался в работе [14] В. Г. Мазьи и Б. А. Пламеневского. Теоремы Фрагмена — Линделёфа для эллиптических уравнений изучались в работах О. А. Олейник и её учеников, Е. М. Ландиса и его учеников.

В настоящей работе доказываются теоремы типа Фрагмена — Линделёфа для решений различных квазиэллиптических задач (в цилиндрах и других неограниченных областях).

В теории эллиптических уравнений важное место занимает теорема о нормальной разрешимости. В диссертации такая теорема доказана для квазиэллиптических уравнений на компактном многообразии ив!", хотя принципиальных трудностей в этом случае не возникает (глава IV).

Выше уже было отмечено, что в теории квазиэллиптических задач многими математиками получены результаты о гладкости решений. Например, Г. Джусти [15] получил для решения уравнения

(а,АК1,(/?,А)<1 (а,А)«а

оценки в классах Гельдера.

Л. Аркерид [16] установил оценки решений квазиэллиптических уравнений в Lp-нормах.

Утверждение о принадлежности классу Гельдера решений эллиптического уравнения второго порядка есть классическая теорема де Джорджи [17].

[14] Мазья В. Г. и Пламеневский Б. А. Об асимптотическом поведении решений дифференциальных уравнений в гильбертовом пространстве. — Изв. АН СССР. 1972. Т. 36. С. 1080-1133. [15] Джусти Г. Equazioni qtiasi-ellitiche е spazi Р'Л(^, S). I є II. — Ann. Mat. pura appl. 1967. Ser. 4. 75. P.P. 313-354. Ann. Sc. Norm. Sup. Pisa. 1967. 21. P.P. 353-372.

[16] Arkeryd L. On Lp estimates for quasi-elliptic boundary problems. — Math. Scand. 1969. 24. № 1. P.P. 141-144. [17] де Джорджи Э. О дифференцируемости и аналитичности экстремалей кратных регулярных интегралов. — «Математика» сб. пер. 1960. Т. 4. № б. С. 23-38.

— 7 —

Для эллиптических уравнений порядка 2тп И. Нечас [18] доказал теорему о принадлежности решений классу Гельдера при 2т > п (п — размерность пространства).

В настоящей работе доказывается теорема о принадлежности решения квазиэллиптического уравнения классу Гельдера внутри области и при нулевых краевых условиях Дирихле вплоть до границы. Это есть обобщение теоремы И. Нечаса. Кроме того, доказывается гладкость решений для общей краевой задачи при соответствующей гладкости правых частей уравнения и граничных операторов (глава IV).

Цель работы. Исследование асимптотических свойств решений в неограниченных областях, свойств гладкости и нормальной разрешимости квазиэллиптических краевых задач. Изучение спектральных свойств квазиэллиптических операторов.

Методы исследования. В работе используются теоремы вложения в анизотропных пространствах Соболева, вариационный метод, методы классического функционального анализа. Доказываются и применяются для качественного исследования квазиэллиптических уравнений анизотропные обобщения неравенств Харди и Пуанкаре.

Научная новизна. 1. Доказаны неравенства типа Харди в анизотропных пространствах для областей типа параболоида, жёлоба, слоя и в Шп. Также доказана теорема, о неравенстве Харди для случая анизотропных пространств с производными нецелого порядка. 2. Получены теоремы о конечности отрицательного спектра квазиэллиптических операторов. 3. Установлены теоремы типа Фрагмена — Линделёфа для решений различных квазиэллиптических краевых задач (в цилиндрах и других неограниченных областях). 4. Доказана нормальная разрешимость

[18] Necas J. Sur la regularite des solution variationelles des equations elliptiques non-lineaires d'ordre Ik en deux dimensions. — Ann. Scuola Normale superiors di Pisa. 1967. V. 21. № 3. P.P. 427-452.

— 8 —

общей краевой задачи с граничными операторами, подчиняющимися условиям типа условий Лопатинского. Показана гладкость решений таких задач при соответствующей гладкости правых частей уравнения и граничных операторов. 5. Доказана теорема о принадлежности решения классу Гельдера внутри области и при нулевых краевых условиях Дирихле вплоть до границы.

Теоретическая и практическая значимость. Диссертация имеет теоретический характер. Она может представить интерес для специалистов в области дифференциальных уравнений с частными производными. Результаты диссертации могут быть использованы в функциональном анализе при исследовании спектра дифференциальных операторов и в теории функций действительного переменного при получении теорем вложений в различных областях, как ограниченных так и неограниченных.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Четвертой конференции по дифференциальным уравнениям и их применениям (Болгария, Руссе, 1989), на весенней математической школе, посвященной 85-летию Л. С. Понтря-гина (Воронеж, 1993), на конференции, посвященной 50-летию АН Азербайджана, на семинарах О. А. Олейник и А. С. Калашникова, В. А. Кондратьева и Е. М. Ландиса, В. А. Кондратьева и Ю. В. Егорова, В. А. Ильина, А. В. Бицадзе и Е. И. Моисеева (МГУ), С. М. Никольского и Л. Д. Кудрявцева, В. П.Михайлова и А. К. Гущина (МИАН), на общеинститутском семинаре ИММ АН Азербайджана.

Публикации. Изложенные в диссертации результаты опубликованы в 13 работах без соавторов. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка литературы, содержащего 88 наименований. Объем диссертации 287 машинописных страниц.

— 9 —