非线性高维双曲方程的整体经典解或解的爆破

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiao137wu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
有关非线性高维双曲方程整体经典解或解爆破的研究不但是偏微分方程理论的核心问题,而且也有着强烈的物理应用背景,如在流体力学,量子力学,控制论等学科中。从事该研究领域的著名专家有:J.Bourgain(1998年菲尔兹奖获得者),Tao Terence(2004年菲尔兹奖获得者),L.H(o)rmander(1968年菲尔兹奖获得者),S.Alinhac(巴黎第六大学教授),S.Klainermann(普林斯顿大学教授),Christodoulou(普林斯顿大学教授),I.Rodnianski(普林斯顿大学教授)等。对于n维空间中非线性波动方程的小初值问题:{∑nj,k=0gjk(u)(e)j(e)ku=f(u),u(0,x)=εu0(x),(0.0.1)(e)tu(0,x)=εu1(x),其中∑nj,k=0gjk(0)=(e)2t-△,并且f在0点二阶消失。当初始值是具有紧支集的光滑函数时,通过许多数学家的努力,到2000年左右人们已知基本解决了相关全局光滑解(n>3)或产生爆破现象的(n=1,2,3)问题。  从已经解决问题的方程形式我们可以看到,非线性的扰动项只与解的导数有关,而与解的本身无关,而且该无关性是至关重要的。也就是说当系数扰动项与解本身有关时,情况非常复杂。事实上,在上个世纪后期,对于系数与解本身相关的情况,一些著名数学家就对特殊的情形给出了令人鼓舞的结果,比如说当他们满足弱零条件或者n大于4时,全局解是存在的。  为了研究更一般的非线性波方程Cauchy问题的解的整体存在性或爆破问题,S.Alinhac在2003年证明了三维非线性波动方程:{(e)2tu-c2(u)△u=0,u(0,x)=εu0(x),(0.0.2)(e)tu(0,x)=εu1(x),的全局的存在性。他的工作是新奇深刻且有突破性的。而H.Lindblad又于2008年结合广义相对论方程的研究方法对更一般的情形给出了全局存在性结果。  除了上述的理论背景外,研究高维隐含解本身的非线性波动方程还具有相当的物理背景,如来自于来自于流体动力学和广义相对论中的拟线性波动方程(或方程组)、来自于材料科学以及变分学中的散度型的非线性波动方程等。  本文中,我们将考虑非线性波动方程(0.0.1)中的gjk和f不仅与解的导数u有关,而且与解本身u有关的一些情形。我们是从经典解的角度来考虑问题的,所以在这篇博士论文中,我们都是假设初值是光滑具有紧支集的,然后对不同类型的问题采用不用的方法研究其经典解的爆破性质或者全局存在性。本文的主要结果如下:  在第二章中,我们着重研究一类特殊的非线性波动问题:三维压力梯度模型。这个模型起源于3维可压缩欧拉系统,它可以归结为形式是(e)2tv-div(ev▽v)=0的这样一个波方程,其中div(ev▽v)=3∑i=1(e)i(ev(e)iv),(e)i=(e)xi(1≤i≤3)以及x=(x1,x2,x3)。在这一章中,我们是在初值是关于常状态的小扰动下建立的3维压力梯度方程经典解的爆破结果。  在第三章中,我们主要考虑带有小初值的三维非线性波动方程(e)2tu-(1+u+(e)tu)△u=0的解的爆破问题,这是具有更一般形式∑i,jgij(u,▽u)(e)2iju=0的一个典型的代表,其中x0=t,▽=((e)0,(e)1,(e)2,(e)3),gij(u,▽u)关于其变量光滑且可以显式地表示为gij(u,▽u)=cij+diju+∑3k=0ekij(e)ku+O(|u|2+|▽u|2),这里cij,dij以及ekij是常数,并且至少有一个(i,j)满足dij≠0。另外,3∑i,j,k=0 ekij(e)ku(e)2iju不满足零条件。对于三维波方程(e)2tu-(1+u)△u=0或者(e)2tu-(1+(e)tu)△u=0H.Lindblad,S.Alinhac以及F.John已经相应的给出了全局存在性或爆破结果。在这一章,我们主要证明了(e)2tu-(1+u+(e)tu)△u=0的小初值光滑解在有限时间内爆破,并且在初值是径向对称时建立了存在时间Tε的显式表达式。  在第四章中,我们关注的是一般形式的二维波动方程∑ij gij(u,▽u)(e)2iju=0,其中gij(u,▽u)的形式与第三章中的相同。当零条件不满足并且假设初值具有一个合适的非退化条件时,我们证明了在有限时间内小初值的光滑解是爆破的。更近一步的,我们建立了存在时间的显式表达式以及相应的爆破机制。  在第五章中,我们研究了二维Chaplygin气体的可压缩欧拉系统的全局对称解问题。对于一维或者高维多方气体的可压缩欧拉系统,我们已经知道了在有限时间内光滑解将产生奇性。然而,对于三位的Chaplygin气体,由于无旋和等熵流导致的势方程中“零条件”起了至关重要的作用,P.Godin已经证明了当初值是一个常状态的光滑紧致小扰动时,带有可变熵的三维光滑球对称流是全局存在的。借助于满足两个零条件的二维拟线性波动方程的全局光滑小解的存在性,通过寻求一个合适的“灵魂权”以及一系列的分析,我们可以得到二维Chaplygin气体小对称解的一致加权估计。更近一步地,用连续性方法建立了光滑解的全局存在性。
其他文献
该文引入了前馈序列和前馈函数的概念,讨论了移位寄存器的前馈函数与反馈函数,前馈序列与发馈序列之间的关系,对线性移位寄存器的m序列与非线性移位寄存器的M序列作了较深入
该文分三章两大部分,第一部分给出了通过自补置换构造有向自补图的算法,从而彻底地解决了有向自补图的构造问题,并研究了有向自补图的结构性质,得出了较好的结果.此外,还对低
第一章,对无穷维动力系统惯性流形理论和分布参数控制系统及其能稳性研究的主要概念、方法和结果作了简要的回顾和总结.第二章,研究了由Chow和Lu[9] 发展起来的构造惯性流形
该文提出了广义Heawood图和广义McGee图的概念,它们是著名的Heawood图和McGee图的自然推广,结构对称而优美.该文研究了它们的性质,得到了下列结论:(1)关于广义Heawood图,完全
该文首先介绍了旧有的汇率决定货币模型.实证分析指出利用这些模型进行预测的结果并不理想.可能的原因有货币需求函数不准确、使用的计量分析方法不合适等.该文针对这些情况,
为了将我国的廉政建设和反腐败斗争逐步纳入法制化的轨道,1994年第八届全国人大常委会将《财产申报法》正式列入立法规划。1995年4月20日,中共中央办公厅、国务院办公厅联合
微极流体是具有微观结构的流体,存在非对称的应力张量.微极流体模型首先是由A.C.Eringen在1966年提出来的.一般来说,微极流体可分为两类:不可压缩微极流体模型和可压缩微极流体