具非线性源的非散度型扩散方程

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考虑非散度型扩散方程其中m∈R,p>1,q≥0,f(u,x,t)为适当光滑的有界函数.它来源于自然界中许多扩散现象,如无力磁场的阻性扩散,生物种群的生存与竞争,传染病的蔓延等.本文的目的在于研究这类方程解的定性问题.全文共分三章,分别讨论方程的周期解、渐近性及行波解问题.在第一章,我们研究该类方程具齐次Dirichlet边值的时间周期解问题.对于在严格意义下的非散度型方程(m≥1),我们发现指数(p,q)的取值区域内存在一条奇异曲线,当(p,q)位于奇异曲线上时,非平凡周期解存在与否依赖于源系数的结构,而当(p,q)不在奇异曲线上时,周期解具有与源系数结构无关的确定的存在性与非存在性.事实上,当(p,q)位于奇异曲线下方时,正周期解一定存在,而当(p,q)位于奇异曲线上方时,还存在着一条临界曲线.当(p,q)位于奇异曲线和临界曲线之间时,可以得到具紧支集非平凡周期解的存在性;而当(p,q)位于临界曲线上或位于其上方时,至少对星形区域,周期解一定不存在.上述大部分结果都可以推广到可化为散度形式的方程(m<1).我们注意到,对散度型方程而言,即便是对经典的含源Newton渗流方程和非Newton渗流方程,甚至于含源热方程,当(p,q)取某些值的时候,非平凡周期解的存在性长期以来一直未能得到解决.在本文的第二章,我们致力于方程第一初边值问题解渐近性的研究.首先讨论可以精确刻画解整体存在和爆破性质的Fujita指标理论;根据临界指标的划分,我们研究正稳态解的存在性,稳态解(包含正稳态解及零解)的渐近稳定性.确切地说,对次临界情形,我们得到了正稳态解的稳定性;对临界情形得到了零解及正稳态解的稳定性与不稳定性结果;对超临界情形我们也得到了零解的稳定性结果,且此时任何正稳态解都是不稳定的.在本章的最后,我们研究了周期解的渐近稳定性及吸引性,特别是次临界情形周期吸引子的存在性.作为本文最后一章,我们考虑这类方程的行波解问题,着重探讨这类方程光滑波前解的存在性、唯一性以及正则性理论.我们发现,指数m,q都分别存在着阈值mc,qc.对于非负源情形,具连续基数的光滑波前解族可能存在,但这族波前解不存在最小波速的充要条件是m≥mc;而当m<mc时存在光滑波前解的充要条件是q≥qc.对于变号源情形,光滑的波前解至多有一个,m≥mc时只可能有递减的波前解,而m<mc时递增和递减的波前解都可能存在;我们给出了光滑波前解存在的充要条件.无论是非负源还是变号源,阈值mc都是方程是否具严格意义非散度结构的临界值,这揭示了非散度型方程区别于散度型方程的特殊性.在正则性的讨论中,我们给出了sharp波存在的充要条件,该条件表明,sharp波的存在与波速是否处于临界状态无关,而仅与指标m,p,q的取值有关.
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