一类抛物型p-Kirchhoff方程解的爆破性质

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:astolzq
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本文研究了如下具一般扩散系数和一般非线性项的抛物型p-Kirchhoff方程的初边值问题(?)(0.1)其中Ω(?)Rn(n≥1)是边界光滑的有界区域.T ∈(0,+∞]是解u(x,t)的最大存在时间,p>2,u0∈W01,p(Ω).另外,扩散系数M(t),非线性项f(s)以及依赖时间函数k(t)满足如下假设:(H1)M∈C[0,∞)并且M(t)≥ m0>0对任意t≥0都成立,其中m0为正常数.此外,存在常数σ∈(0,1)使得M(t)>σtM(t),(?)t∈R+,其中(?)(H2)sf(s)≥0,(?)s∈R;(H3)f∈C1(R)并且存在常数α>p/σ-1使得s[sf(s)-αf(s)]≥0,(?)s∈R;(H4)存在正整数l及常数ai>0(1≤i≤ l)使得其中1<P1<<pl<P*-1,p*是P的Sobolev共轭,即当n≤p时,p*=+∞,当n>p时,p*=np/n-p;(H5)k∈C1[0,∞),k(0)>0并且k(t)≥0对任意t∈[0,∞)成立.本文共分为四章.在第一章中,我们首先介绍Kirchhoff方程的物理背景及发展现状,然后阐述本文主要研究的内容和使用的方法.在第二章中,我们引入了一些必要的记号、定义和引理方便后文的应用.在第三章中,首先,我们应用一阶微分不等式方法证明了当初始能量为负时,问题(0.1)的解在有限时刻爆破.其次,我们利用Levine的凹性理论给出了正初始能量时问题(0.1)的解在有限时间内爆破的充分条件.最后,我们推导出上述两种情况下爆破时间的下界.在第四章中,我们仅考虑问题(0.1)当其中q≤2p-1且q<p*-1.我们证明了q=2p-1在某种意义上是问题(0.2)存在有限时刻爆破解的临界指数.J(u;t)=1/pM(‖▽u‖pp)-k(t)∫ΩF(u)dx,I(u;t)=M(‖▽u‖pp)‖▽u‖pp-k(t)∫Ωuf(u)dx,Wδ={u∈W01,p(Ω)|Iδ(u)>0,J(u)<d(δ)}∪{0},其中(?)d(δ)是位势井Wδ的井深.主要结果如下:定理1.设U0∈W01,p(Ω),u(x,t)是问题(0.1)的弱解.若如下假设之一成立:(ⅰ)J(u0;0)<0;(ⅱ)0 ≤J(u0;0)<m0/s2p(σ/p-1/a+1)(‖u0‖22-1)≡C0(‖u0‖22-1),由(H1)和(H3)可知C0>0.则u(x,t)在有限时间内爆破.进一步,爆破时间T的上界估计如下:当(ⅰ)成立时,T≤‖u0‖22/(1-a2)J(u0;0).当(ⅱ)成立时,T≤4α‖u0‖22/(α-1)2(α+1)[C0(‖u0‖22-1)-J(u0;0)]定理2.令定理1中的所有假设都成立,并设1<pl<p+2p-1.则问题(0.1)解的最大存在时间满足T≥‖u0‖22(|(1-h)/2(h-1)C’其中h是仅依赖于p,pl,n的正常数,C是依赖于ai,pi(i=1,…,l),Ω,m0的正常数.定理3.设1<q≤2p-1且q<p*-1,u(x,t)是问题(0.2)的弱解.如果下面假设之一成立:(ⅰ)1<q<min{2p-1,p*-1};(ⅱ)q=2p-1<p*-1且b≥S2p2p.则解u(x,t)全局存在.进一步,衰减估计如下:当(ⅰ)成立时,其中(?)当(ⅱ)成立时,定理 4.设p>2,q=2p-1<p*-1,b<S2p2p且u0∈W01,p(Ω).若J(u0)<d,I(u0)>0,则问题(0.2)有全局解u ∈ L∞(0,∞);W01,p(Ω)),ut∈L2(0,∞;L2(Ω)),并且对任意0 ≤t<∞,u(t)∈ W.此外,我们有如下衰减估计‖u‖22≤[‖u0‖22-2p+ A*(p-1)t]1/(p-1),其中A*=2b(1-δ1/S22p>0,δ1<1是方程d(δ)=J(u0)的根.定理5.设q=2p-1<p*-1,b<S2p2p且令u(x,t)是问题(0.2)的一个弱解,u0∈W01,p(Ω).若J(u0)≤d,I(u0)<0,则u(x,t)在某个有限时刻T发生爆破.
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