具有非局部边界条件的反应扩散方程爆破解的研究

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偏微分方程理论以建立数学模型的形式来分析、解决物理学、化学、生态学等领域中的实际问题,反应扩散方程作为偏微分方程的重要分支,可恰当的描述浓度、密度的扩散以及化学药剂的燃烧等众多自然现象.反应扩散方程是一类非线性方程,其非线性项可能来源于方程的扩散项、边界条件、反应项或者是这三者所组合成的不同的耦合关系,所有这些非线性项均有可能导致问题的解产生奇性,譬如爆破解,即解或者解的某种范数在某一有限时刻趋于无穷,当爆破发生时,可以对其爆破时间的界、爆破速率、爆破集等做出估计.基于对反应扩散方程爆破解研究的理论价值和实际意义,本文讨论了几类具有非局部边界条件的位置加权反应扩散方程解的性质,包括解的全局存在性与爆破性,重点给出了解全局存在和发生爆破的条件,并对爆破时间的界做一估计.首先,系统地介绍了反应扩散方程的研究背景及意义,综述了近年来国内外研究者取得的一些重要的研究成果.受这些文献的影响与启发,本文讨论了近年来深受关注的反应扩散方程爆破解的性质.其次,讨论了在Neumann非局部边界条件下具有梯度加权项的反应扩散方程解的性质,对反应项做出一些适当的假设,利用辅助函数构造法结合微分不等式技巧,证明了解全局存在与爆破的条件,当解发生爆破时估计了爆破时间的上界和下界.接着,在Neumann非局部边界条件下,探讨了具有阻尼项的反应扩散方程解的性质,先利用上下解方法证明了解全局存在以及发生爆破的条件,之后利用构造辅助函数法结合微分不等式估计了爆破时间的界.最后,考虑了在第二边界条件下具有位置加权的反应扩散方程解的性质,构造合适的上解和下解,利用上下解方法分别证明了全局解和爆破解存在的条件,利用辅助函数构造法结合微分不等式技巧,估计了爆破时间的上界和下界.通过对上述几类具有位置加权项的反应扩散方程的定性研究,发现无论是解的全局存在性还是爆破性都受到了加权项与边界条件的影响.
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