一类2m阶非线性Neumann边值问题的解

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非线性现象是自然界的普遍现象,非线性问题是自然科学及工程领域的普遍问题,这就决定了研究非线性微分系统的重要性.  对于微分方程周期边值问题或Dirichlet边值问题,前辈们已经有了许多非常深刻的研究([1]-[8]).李永祥在文献[1,2,3]中分别研究了四阶及高阶微分方程在周期边界条件或Dirichlet边界条件下正解的存在性.然而,由于研究计算相对困难,很少有人专注研究微分方程Neumann边值问题.微分方程Neumann边值问题仍然是一个值得研究的课题,因而我们的选题有一定的创新.  本文主要研究如下的2m阶微分方程Neumann边值问题{L2mu=f(t,u),t∈[0,1],(1.1.1)u(2j-1)(0)=u(2j-1)(1)=0,j=1,2,...,m对应的正解,负解和变号解的存在性,其中L2mu=(-1)mu(2m)+m∑j=1(-1)m-jam-ju(2(m-j))是一2m阶线性微分算子,a0≠0,aj∈R,j=1,2,…,m-1,且m∈N.在文献[4],Li,Zhang,Li只对问题(1.1.1)在m=2,a0=a1=1的情形下得到变号解的存在性,本文就是对其的扩充延伸.因此,我们的研究内容具有一定的创新性.  本文首先利用拓扑度理论和不动点指数理论([9,10])来研究问题(1.1.1)正解的存在性.进一步,综合利用不动点指数理论,临界群和Morse理论([11,12,13])等来研究,当非线性项分别在共振和不共振情况下,Neumann边值问题(1.1.1)多解和变号解的存在性问题.因此,我们的研究方法具有一定的创新性.  记p2m为算子L2m的特征多项式,N(p2m)为多项式p2m在复平面C上的零点集.简记f0=limx→0+supmaxt∈[0,1]f(t,x)/x,f0=lim inf x→0+ mint∈[0,1]f(t,x)/x,f∞=lim supx→∞ t∈[0,1]f(t,x)/x,f∞=liminfx→∞min t∈[0,1]f(t,x)/x.  本文的主要结论如下:  定理1.3.1设a0>0且f∈C([0,1]×R+,R+).假设N(p2m)(∈){z∈C:|Imz|<π/2}.(H0)若下列条件之一成立:  (i) f0<a0< f∞;  (ii) f∞< a0<f0.则边值问题(1.1.1)至少有一个正解.  定理2.2.1设条件(H0)成立,且满足  (f1)f∈C1([0,1]×R,R)且f(t,x)x≥0对一切(t,x)∈[0,1]×R成立;  (f2)存在两个正整数n0,n∞,使得μ2n0-1<α0<μ2n0,μ2n∞-1<α∞<μ2n∞,其中α0=limx→0f(t,x)/x,α∞=lim|x|→∞f(t,x)/x对t∈[0,1]一致成立;  (f3)存在正常数T>0,使得|f(t,x)|<a0T,t∈[0,1],|x|≤T;则问题(1.1.1)至少有六个不同的非平凡解:两个正解,两个负解和两个变号解.  定理2.2.2设条件(H0),(f1)-(f3)成立,且满足  (f4)f关于变量x是奇的,即f(t,x)=-f(t,x),(t,x)∈[0,1]×R,则边值问题(1.1.1)至少有八个不同的非平凡解:两个正解,两个负解和四个变号解.  定理3.2.1设条件(H0),(f1),(f3)成立,且满足  (f5)fx(t,0)=μ2n0对于满足μ2n0-1<μ2n0的某个n0≥1及所有的t∈[0,1]成立,而且,存在δ>0,使得f(t,x)x≤μ2n0x2对所有(t,x)∈[0,1]×[-δ,δ]成立;  (f6)存在满足μ2n∞-1<μ2n∞的n∞≥1,C1>0及α∈(0,1),使得lim|x|→∞f(t,x)/x=μ2n∞对t∈[0,1]一致存在,且|f(t,x)-μ2n∞x|≤C1(1+|x|α),(t,x)∈[0,1]×R,lim|y|→∞1/|y|2α∫y0y(f(s,x)-μ2n∞x)dx=∞对t∈[0,1]一致成立,其中F(t,x)=∫x0f(t,y)dy.则边值问题(1.1.1)至少有六个非平凡解.此外,若边值问题(1.1.1)的解只有有限多个,则它们是两个正解,两个负解和两个变号解.  定理3.2.2设条件(H0),(f1)及(f3)-(f6)成立.则边值问题(1.1.1)至少有八个不同的非平凡解.此外,若边值问题(1.1.1)的解只有有限多个,则它们是两个正解,两个负解和四个变号解.
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