具非线性边值条件的发展型P-LAPLACE方程解的爆破和整体有限性

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本篇论文我们将研究下述问题:ut-diu(|▽u|p-2▽u)=-f(u)(x,t)∈QT≡Ω×(0,T)(1)u/n=g(u)(x,t)∈ST≡Ω×(0,T)(2)u(x,0)=u0(x)x∈Ω(3) 其中,p≥2;当空间维数N=1时,Ω=(0,l)是一个有限区间,当N≥2时,Ω()RN是一个半径为l的球;n是区域Ω的边界Ω的单位外法向量;对自变量u>0,f(u)>0,g(u)>0是光滑函数;且u0(x)>0满足一些光滑和相容性条件.我们仅考虑古典解.因此,我们说u是解总假设u∈C2,1(QT)∩C1,0((Q)T).而且,在全篇论文中,我们只考虑正解.所谓抛物方程或椭圆方程的正解是指解分别在QT或Ω内是严格正的. 本文共分为五个部分,第一部分介绍了本文的工具-比较原理; 后四个部分则介绍了本文得到的主要结果. (Ⅰ)比较原理. 首先,我们介绍下述方程的比较原理:ut-(|u′|p-2u′|′=-f(u)(x,t)∈(0,l)×(0,T)(4)-u′(0,t)=g(u)u′(l,t)=g(u)t∈(0,T)(5)u(x,0)=u0(x)x∈(0,l).(6) 引理1设u是(4)-(6)的解,(u)是(4)-(6)的∈-下解,且(u)(x,0)<u0(x),则对所有的x∈[0,l]和t∈(0,Tmax),(u)(x,t)<u(x,t),其中Tmax是u存在的最大时间. 接着,利用径向解方法问题(1)-(3)可以写成下述形式:ut-(|u′|p-2u′)-N-1/x|u′|p-2u′=-f(u)(x,t)∈(0,l)×(0,T)(7)u′(0,t)=0u′(l,t)=g(u)t∈(0,T)(8)u(x,0)=u0(x)x∈(0,l)(9) 我们也介绍满足上述方程的比较原理. 引理2设u是(7)-(9)的解,(u)是(7)-(9)的∈-下解,且(u)(x,0)<u0(x),则对所有的x∈[0,l]和t∈(0,Tmax),(u)(x,t)<u(x,t),其中Tmax是u存在的最大时间. 本文的主要结果如下. (Ⅱ)关于有限时刻爆破的结果. 首先,我们考虑下述问题解的存在性:(|u′|p-2u′)′=1+σx∈Ω=(0,l)(10)-u′(0)=βu′(l)=β.(11) 然后,我们介绍在N=1的情况下解有限时刻爆破的定理. 定理1设u(x,t)∈C2,1(QT)∩C1,0((Q)T)是(4)-(6)的正解.假设存在一连续可微函数m(u),0≤u<∞,s.t.m(0)=m0,0<m0<1,m(u)≥0,且对某个正常数σ>1下式成立:1/σ-1f(u)≤[m(u)]p-1≤1/1+σ2/l[g(u)p-1. 若u0>0足够大,且对上述正常数σ有∫∞0ds/m(s)>a≡p-1(l/2)p/(p-1)(1+σ)1/(p-1)和∫∞ds/[m(s)]p-1<∞成立,则解u(x,t)在有限时刻爆破. 为了证明上述定理成立,我们首先构造一个特殊形式的∈-下解(u)(x,t)=v(δ(t)+h(x)),由计算和问题(10)-(11)的解的存在性我们可知对足够大的u0(x),(u)问题(4)-(6)的∈-下解,因为我们证明了下解v(s)在有限时刻爆破,我们由比较原理得出结论u(x,t)在有限时刻爆破.这就完成了定理的证明. 在N≥2的情况下,由径向解方法和直接计算可知径向解满足问题(7)-(9),因此我们根据上述定理的证明得到下述定理. 定理2设u(x,t)∈C2,1(QT)∩C1,0((Q)T)是(1)-(3)的正解,假设存在一连续可微函数m(u),0≤u<∞,s.t.m(0)=m0,0<m0<1,m(u)≥0,且对某个正常数σ>1下式成立:1/σ-1f(u)≤[m(u)]p-1≤1/1+σN/l[g(u)p-1. 若u0>0足够大,且对上述正常数σ有∫∞0ds/m(s)>a≡Np-1(l/N)p/(p-1)(1+σ)1/(p-1) 和∫∞ds/[m(s)]p-1<∞成立,则解u(x,t)在有限时刻爆破. (Ⅲ)关于解整体有限的结果. 本结果中,我们总是假设存在一个充分小的ε>0,s.t.f(u)≥2ε>0.首先,我们设F(u)=∫u0f(t)dt.然后,我们介绍N=1时解的整体有限的定理. 定理3假设对任意固定的常数a,b>0,存在一个常数A,使得若t≥A,则有agp(t)+b(F(√t)-F(t))<0, 而且对任意v≥√t,t≥A,下述不等式成立:agp(t)+b(F(v)-F(t))≤[1/2f(v)-ε]p/(p-1). 则对(x,t)∈[0,l]×[0,∞),问题(4)-(6)的每一个正解都是有限的. 我们的思路是找到问题(4)-(6)的足够大的∈-上解去证明解在所有时间上是有限的.通过计算和问题(12)-(13)的解的存在性,我们可以构造一个足够大的∈-上解,我们得出结论每个解在所有时间上是有限的.定理得证. 当N≥2时,我们由径向解方法和直接计算可以得到径向解满足问题(7)-(9).因此我们由上述定理的证明得到下述定理. 定理4假设对任意固定的常数a,b>0,存在一个常数A,使得若t≥A,则有agp(t)+b(F(√t)-F(t))<0,而且对任意u≥√t,t≥A,下述不等式成立:agp(t)+b(F(v)-F(t))≤[1/2f(v)-ε]p/(p-1). 则对(x,t)∈[0,l]×[0,∞),问题(1)-(3)的每一个正解都是有限的. (Ⅳ)一个例子. 接着,我们举出一个具体的例子.由定理,我们得到在定理的条件下解在有限时刻爆破,因此这表明定理是可以应用的. (Ⅴ)一维情形下的结果. 在本文的最后一节我们研究了一维区域下相应的椭圆方程,并对特定的函数f(u),g(u)得到了一些详细的分支结果.
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