一类具有非线性积分条件的波动方程的非局部问题

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两类带非局部项的非线性抛物方程的理论分析

两类带非局部项的非线性抛物方程的理论分析
Abstract
STUDY ON TWO CLASSES OF NONLINEAR PARABOLIC EQUATIONS WITH N ONLOCAL TERMS
ABSTRACT
Many problems in applied sciences can be described by partial differential equations. In order to explain some nonlinear phenomenon, and to provide some useful tools for practical fields,one needs to study the existence,uniqueness and stability of solutions to problems of partial differential equations.
保密□,在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于
不保密√。 (请在以上方框内打“√”)
学位论文作者签名:刘桂兰 日期: 2008 年 3 月 2 日
指导教师签名:王亚光 日期: 2008 年 3 月 2 日
绪论
第一章 绪论
1.1 问题背景
非线性抛物方程是一类重要的偏微分方程,来源于自然界中广泛存在的非线 性现象.相变理论,渗透理论,图像处理,生物化学理论等领域中的许多问题都 可以用这种方程来描述.如相变理论中的 Allen-Cahn 方程,流体力学中的 Cahn-Hilliard 方程等,这些方程不仅有明确的物理背景,而且还有广泛的应用价 值,因而,对这些方程的数学理论进行研究是有意义的,也是十分必要的.
4
绪论
第一项:F (g) ,Gσ (g) 同问题 (1.3) 中给出的,这儿 Gσ 的引进是为了对图像进

Banach空间非线性混合型微分-积分方程非局部终值问题解的存在性

Banach空间非线性混合型微分-积分方程非局部终值问题解的存在性

g ( x ) = ∑c i z ( ) , c t ∈
收稿 日期 : 2 0 1 1 — 1 0 — 1 2 ; 修订 日期: 2 0 1 2 — 1 2 1 0
E- ma i l :s l xi e @a i a i . e du. c n;g e c i s hu i @s oh u. c o m
MR( 2 0 0 0 )主题分类: 3 4 G2 0 ; 4 5 J 0 5 中图分类号:O 1 7 5 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 3 — 3 9 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 5 5 1 — 1 0
1 引言
设 ( E, I I . 1 1 ) 是 一个 B a n a c h空 间.考 虑 E 中一阶非 线性 V o l t e r r a . F r e d h o l m 型微 分 一 积 分方程非局部终值 问题 ( T V P )
0 I ,0
J= 【 0 , ∞) , =( 0 , ∞) , o 。∈ E, 0< t l< t 2< … < t p< ∞, , ∈ c[ J×E 。 , E ] , a∈ [ , ] , b∈c [ J× ] , D ={ ( , s ) ∈J×J: 8 }和 g E c [ ×E , 剀 是给 出的 函数, f ( t , X , Y , ) 可以在 t = 0处是奇异的. g ( t l , t 2 , …, t p , ( ・ ) )中的符号 “ ・ ”仅适用于 { t l , t 2 , …, )中的元素. 对于 B a n a c h空 间中非 线性 V o l t e r r a - F r e d h o l m 型微 分 一 积分 方程 解 的存在性 研 究,已有 很多结果, 见文献 [ 1 — 7 ] 和他们的参考文献. 然而,非局部条件 x ( 0 ) + g ( x ) :X o比经典条件 x ( O ) =X O 的应用更加广泛.例如, K D e n g [ ] 使用非局部条件

积分方程中的非局部作用研究

积分方程中的非局部作用研究

积分方程中的非局部作用研究积分方程在数学、物理和工程等领域有着广泛的应用。

与常微分方程和偏微分方程相比,积分方程通常具有更复杂的性质,其中一个重要的特点是非局部作用。

非局部作用是指积分方程中的未知函数不仅与局部变量有关,而且与整个定义域内的变量有关。

这使得积分方程的求解更加困难,也更具有挑战性。

研究积分方程中的非局部作用具有重要的理论和应用价值。

在理论上,非局部作用的研究可以帮助我们更深入地理解积分方程的性质,并发展新的求解方法。

在应用上,非局部作用的研究可以帮助我们解决许多实际问题,如弹性力学、流体力学和电磁学中的问题。

积分方程中的非局部作用可以分为两类:弱非局部作用和强非局部作用。

弱非局部作用是指积分方程中的未知函数与整个定义域内的变量有关,但这种依赖关系是间接的,即未知函数只通过其他函数与整个定义域内的变量相关。

强非局部作用是指积分方程中的未知函数直接与整个定义域内的变量相关,即未知函数的取值在任何一点都会影响积分方程的解。

弱非局部作用的积分方程通常可以通过一些技巧转化为局部作用的积分方程,然后就可以用已有的求解方法求解。

强非局部作用的积分方程则更难求解,通常需要使用一些特殊的技术,如Fredholm理论、积分方程的正则化方法等。

积分方程中的非局部作用的研究是一个活跃的研究领域,近年来取得了很大的进展。

随着数学和计算科学的发展,相信在未来几年内,非局部作用的研究将取得更多的突破,为积分方程的求解提供新的方法和工具,并为许多实际问题的解决提供新的思路。

以下是一些积分方程中的非局部作用研究的具体例子:•在弹性力学中,积分方程用于描述弹性体的变形。

由于弹性体的变形不仅与局部载荷有关,而且与整个弹性体的形状和材料性质有关,因此积分方程中的非局部作用是显而易见的。

•在流体力学中,积分方程用于描述流体的流动。

由于流体的流动不仅与局部速度和压力有关,而且与整个流体的形状和边界条件有关,因此积分方程中的非局部作用也是显而易见的。

一类带非局部项的allen-cahn方程解的存在性

一类带非局部项的allen-cahn方程解的存在性

一类带非局部项的allen-cahn方程解的存在性带有非局部项的Allen-Cahn方程是一类重要的非线性偏微分方程,研究它的解的存在性具有重要的理论意义和实际应用价值。

本文将介绍关于带非局部项的Allen-Cahn方程解存在性的一些主要研究工作和结果。

Allen-Cahn方程是一个经典的描述相分离现象的模型,它在物理、化学、材料学等领域中具有广泛的应用。

方程的基本形式为:ε²∆u-f(u)+λ∇W*u=0(1)其中,u(x)是未知函数,表示时间和空间变量,ε是小的正数,f(u)是一个给定的非线性函数,λ是常数,∆是拉普拉斯算子,W是一个权重核算子,*表示卷积操作。

带有非局部项的Allen-Cahn方程是在经典Allen-Cahn方程的基础上引入了非局部项的一个扩展。

非局部项代表了系统中物质的非局部相互作用,可以更好地描述物质的长程相互作用和相界面的形成过程。

关于带有非局部项的Allen-Cahn方程解的存在性的研究工作主要集中在两个方面,一个是存在性的充分条件,另一个是存在性的证明方法。

首先,对于存在性的充分条件,很多学者通过构造合适的能量函数,证明了一些条件下带有非局部项的Allen-Cahn方程存在解。

其中一个经典的充分条件是“能量估计”,也称为Ginzburg-Landau能量估计。

根据能量估计,当能量的衰减速度快于等于非局部项的增长速度时,方程存在解。

此外,还有学者通过研究方程的动力学行为,证明了带有非局部项的Allen-Cahn方程的解存在。

其次,关于存在性的证明方法,主要有两类。

一类是基于变分方法的证明方法,另一类是基于解的连续性的证明方法。

变分方法是一种广泛应用的证明方法,它通过构造适当的变分问题,证明了方程的解存在。

而基于解的连续性的证明方法则是先证明该方程的解存在于一定的函数空间中,然后通过限制序列的紧性,得到方程的解存在。

在具体的研究中,学者们从不同的角度出发,针对不同类型的非局部项,展开了许多具体的研究。

波动方程的局部解问题

波动方程的局部解问题

波动方程的局部解问题波动方程是数学中经典的偏微分方程之一,它在物理、工程、生命科学等领域都有着广泛的应用。

然而,求解基本波动方程在一些情况下并不容易,我们需要考虑局部解的问题。

本文将详细介绍波动方程的局部解问题,并探讨一些求解方法。

一、波动方程的基本形式与性质首先,我们来看一下波动方程的基本形式。

波动方程可以表示为:$$\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}-c^2\nabla^2 u=0$$其中,$u$表示波函数,$t$表示时间,$c$表示波速。

$\nabla^2$为拉普拉斯算符,它表示空间的二阶偏导数之和。

这个方程描述了波在空间中运动的过程。

波动方程具有一些重要的性质。

首先,它是一个线性方程,可以用来描述多个波的叠加效应。

其次,波动方程是时空对称的,即它在时间和空间上具有对称性。

最后,波动方程能够解释波的传播和反射、折射、干涉等现象,因此在物理学中有着广泛的应用。

二、波动方程的局部解问题然而,波动方程不一定能够在所有情况下都有解。

当我们面对非均质、非线性的介质时,波动方程的解就会变得非常复杂,这时我们需要考虑波动方程的局部解问题。

所谓局部解,就是指在某一个特定的空间区域内,波动方程可以找到一个有限的解。

这种解并不一定能够在整个空间中成立,但在局部区域内是可行的。

这个问题在一些实际应用中尤为重要,因为我们只需在我们关心的局部区域内解决问题即可。

三、求解波动方程局部解的方法如何求解波动方程的局部解呢?这是一个复杂的问题,需要根据不同的情况采用不同的方法。

下面我们将介绍一些常见的方法。

1. 分离变量法分离变量法是一种常见的求解偏微分方程的方法。

它的核心思想是将多维空间中的函数分解成一维空间中的函数的积的形式,并利用特殊函数的性质来求解。

例如,我们考虑一维波动方程:$$\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}-c^2\frac{\partial^2 u}{\partialx^2}=0$$我们假设解可以表示为:$$u(x,t)=X(x)T(t)$$将这个假设带入原方程中,得到:$$\frac{T''(t)}{c^2T(t)}=\frac{X''(x)}{X(x)}$$由于左边只与$t$有关,右边只与$x$有关,所以两边都等于一个常数,设为$-\omega^2$,则我们得到两个简单的常微分方程:$$\begin{aligned}T''(t)&=-\omega^2c^2T(t) \\X''(x)&=-\omega^2X(x)\end{aligned}$$这两个方程可以很容易地求解,从而得到了波动方程的局部解。

一类具有非线性阻尼项和力源项四阶波动方程局部解的存在性

一类具有非线性阻尼项和力源项四阶波动方程局部解的存在性

性 , 产 生 奇 性 。 或 者 说 , 或 解 的 某 些 导 数 的 模 当 一 t 而 解 l
概 括 的结 果 . 习题 课 上 教 师 不 仅 要 向学 生 传 授 这 些 知 识 , 更
要 向他 们 传 授 这 种 抽 象 、 括 的思 维 方 法 , 学 生 学 会 从 具 概 让 体 内容 中 抽 象 概 括 , 出 事 物 的 本 质 . 如 , 建 立 定 积 分 找 例 在 概 念 时 , 过 对 两 个 具 体 问 题 一 一 曲 边 梯 形 的 面 积 和 变 速 通 直 线 运 动 的 路 程 的 计 算 , 以 看 到 : 者 是 几 何 量 , 者 是 可 前 后 物理量 , 实际意义并 不相同 , 它 们 的数学 思想 和计 算方法 但 是 相 同 的. 除 其 具 体 内 容 , 出 其 本 质 特 征 , 单 从 数 量 排 抽 即 关 系 看 都 具 有 一 种 相 同 结 构 的特 定 和 的极 限 形 式 , 而 抽 从 象 概 括 出 定 积 分 的普 遍 性 定 义 。 分 析 与 综 合 是 数 学 学 习 中 最 常 用 的方 法 . 析 是 从 未 知 “ ” 知 “ 步 靠 拢 到 ” 知 分 看 需 逐 已 “ 过 程 , 综 合 则 是 从 ” 知 “ ” 知 “ 步 推 到 ” 知 的 的 而 已 看 可 逐 未 过 程 . 者 对 立 统 一 , 们 相 互 依 存 、 互 转 化 . 以 在 讲 解 两 它 相 所 些 证 明或 者 比 较 复 杂 的 问 题 时 , 者 一 定 要 结 合 着 用 , 两 先 用分析法来探求 解题 的途径 , 用综 合法 加 以叙 述. 再 比如在
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第 2 O卷 第 2 期 Mo enB s e rd n ut dr ui s T aeId s y ns r 20 0 8年 2月

波动方程的全局解问题

波动方程的全局解问题

波动方程的全局解问题波动方程是描述波动现象的常见数学模型,它在物理学、地球物理学、工程学等领域中都有广泛的应用。

波动方程最早由法国数学家达朗贝尔提出,他证明了波动方程存在唯一平稳解。

但是,对于非平稳的波动方程,其全局解问题一直是数学界的一个难题。

全局解问题的意义在于,对于一个方程,能否在全局范围内找到其解,并且这个解具有良好的性质,比如可微、可拓扑等。

如果可以证明一个方程有全局解,那么我们就可以在更广泛的范围内研究这个方程的行为。

而波动方程的全局解问题,更进一步是要求其解具有一定的能量衰减性质,这意味着波的振幅随着时间的增加而减小,从而避免了波的能量无限制地传递。

在20世纪初期,波动方程的局部解问题已经得到了完善的证明。

这些局部解在有限的时间内是存在的,但是它们的存在和唯一性并不能保证在更长的时间范围内。

对于非线性波动方程,不同的初值条件可能会导致不同的局部解,而这些解可能会在一定时间后发生“瘫痪”现象,即无解可得。

这导致了波动方程的全局解问题的出现。

在20世纪70年代,格伦-威廉姆斯提出了能量方法来研究波动方程的全局解问题。

这个方法基于波的能量守恒定律,即波的能量随时间的变化率等于波的传输速度和波的激发源之间的能量差。

格伦-威廉姆斯证明了,在一定的条件下,波动方程具有全局解,并且在基本的公式上增加了一些调整项,使结果更加准确。

此后,波动方程的全局解问题成为了数学界的一个热点问题。

学者们发展出了许多不同的方法来研究这个问题,比如小波方法、拓扑方法和几何方法等。

其中,小波方法是一种基于傅里叶分析的多尺度分析方法,可以将信号分解成不同的频率带,从而更好地研究局部解和全局解的关系。

拓扑方法则是一种抽象的数学方法,可以用来描述波动方程的全局解的几何结构,从而揭示其内在的数学规律。

尽管波动方程的全局解问题已经得到了许多的研究和进展,但是它仍然是一个难题,尤其是对于非线性和高维波动方程的情况。

特别地,当扰动很小或者初值条件很特殊的时候,全局解问题的证明仍然是十分困难的。

两类带非局部项的非线性抛物方程的理论分析

两类带非局部项的非线性抛物方程的理论分析

两类带非局部项的非线性抛物方程的理论分析非线性抛物方程是一类重要的非线性偏微分方程,广泛应用于物理学、化学、生物学等领域。

它们的解决具有重要的理论和实际意义。

在非线性抛物方程中,如果存在非局部项,即方程中的其中一项不仅依赖于该位置的解,还依赖于其他位置的解,那么问题会变得更为复杂。

本文将针对两类带非局部项的非线性抛物方程展开理论分析。

第一类带非局部项的非线性抛物方程是具有非线性时滞项的方程。

这类方程的特点是方程中的其中一项不仅依赖于当下时刻的解,还依赖于过去时刻的解。

具体形式如下:$$\frac{\partial u}{\partial t} = \Delta u + f(u) + g(u(t-\tau))$$其中,$u$是未知函数,$f$和$g$是非线性函数,$\Delta$是拉普拉斯算子,$\tau$是延迟时间。

这类方程描述了一些物理过程的时滞效应,比如生物体内的传感器反应时间等。

对于这类方程,理论分析的关键是研究方程的稳定性和解的存在性。

通过选择合适的函数空间和适当的变量变换,可以将方程转化为一个更为标准的抽象形式,然后利用相应的抽象理论进行分析。

第二类带非局部项的非线性抛物方程是具有非局部响应函数的方程。

这类方程的特点是方程中的其中一项不仅依赖于该位置的解,还依赖于其他位置的解。

具体形式如下:$$\frac{\partial u}{\partial t} = \Delta u + f(u) +\int_{\Omega} K(x, y)g(u(y)) dy$$其中,$K(x,y)$是非局部响应函数,描述了其他位置对该位置的影响。

这类方程可以描述一些具有长程相互作用的物理过程,比如热传导中的非局部效应。

对于这类方程,理论分析的关键是研究方程的解的存在性和唯一性,以及解的性质。

一种常用的方法是将方程转化为积分形式的方程,然后利用适当的函数空间和变分方法进行分析。

总结起来,带非局部项的非线性抛物方程具有一定的理论挑战,但也具有广泛的应用价值。

一类p-Laplacian方程非局部问题解的存在性

一类p-Laplacian方程非局部问题解的存在性

第3 6卷
第6 期

类 P—L a p l a e i a n方程 非局部问题解的存在性
郑春华 , 刘文斌2
( 1 .陕西工业职业技术学院 基础部 ,陕西 咸阳 7 1 2 0 0 0; 2 .中国矿业大学 数学 系,江苏 徐州 2 2 1 1 1 6)
摘要 : P—L a p l a c i a n方程边值问题不仅在非牛顿流体理论等实际问题 中应用广泛 , 而且对偏微分 方程的
中相 应 的结果 .
部 问题 受到 了广 泛重 视
. 文献 [ 9 ] 利 用 上下 解
方法 和 M a w h i n连 续定 理讨论 了方 程
( ( ( t ) ) ) + t , )=0 , 0 <t< l , 在边值 条件

1 预 备知 识
定义 1 设 O L ∈C [ 0 , 1 ] , 且 ( O L )∈C [ 0 ,
( 2 )
在边值条件( 1 ) 下3 个正解的存在性 , 其中, P>1 ,
的, 可 以定 义方 程 ( 2 ) 在边 值条件 ( 1 ) 下 的上 解. 定义 2 【 设 E是 一个 B a n a e h空 间 , A CE是 个有 界开集 , 称

: R - - - R , ( Ⅱ ) = J “ u , 0 ≤r i < l , ∑r < l ,
边 值理论研究也具有很重要 的意义 . 运用上下解 方法 、 一 集压缩 映射理论及单调迭代技巧研究一类 非线性
项 和导数有关 的 P—L a p l a c i a n方程的非局部边值 问题 , 获得 了该 问题解 存在 的一些充 分条件 , 同时 还得到 了收敛到该解 的迭代序列 , 并在允许非线性 项变号的情况下 得到 了其非正解 和非负解 的存在性 , 推广 和完

Banach空间一类非线性积分微分方程解的存在性

Banach空间一类非线性积分微分方程解的存在性

Banach空间一类非线性积分微分方程解的存在性
陈芳启
【期刊名称】《数学研究及应用》
【年(卷),期】2000(020)001
【摘要】本文利用Mnch不动点定理研究了Banach空间中一类非线性积分微分方程解的存在性,给出的结论改进、推广了[1-2]中的结果.
【总页数】5页(P62-66)
【作者】陈芳启
【作者单位】天津大学力学系, 300072; 山东大学数学系, 济南250100
【正文语种】中文
【中图分类】AMS(1991) 45K05/CLC O175.6
【相关文献】
1.一类非线性积分微分方程解的存在性 [J], 李沐春
2.一类非线性积分微分方程的整体解的存在性与非存在性 [J], 尚亚东
3.Banach空间一类非线性脉冲积分微分方程初值问题解的存在性 [J], 赵成龙;杨兴民
4.一类非线性分数阶积分微分方程解的存在性与模拟仿真 [J], 孙文超;苏有慧;孙爱
5.Banach空间中一类具有无穷时滞泛函积分微分方程解的存在性 [J], 傅显隆;张书年
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一类具有非局部条件的Sobolev型Hilfer分数阶发展方程的有限近似可控性

一类具有非局部条件的Sobolev型Hilfer分数阶发展方程的有限近似可控性

一类具有非局部条件的Sobolev型Hilfer分数阶发展方程的有限近似可控性作者:王星昭顾海波马丽娜陈奕如来源:《上海师范大学学报·自然科学版》2020年第04期摘要:研究了Hilbert空间中具有非局部条件的Sobolev型Hilfer分数阶发展方程的有限近似可控性.在控制系统对应的线性系统是近似可控的这一假设下,通过使用分数阶微积分理论、半群理论、变分法和Schaefer不动点定理,得到了控制系统有限近似可控的充分条件.关键词: Hilfer分数阶导数; 发展方程; 非局部条件; 有限近似可控性中图分类号: O 231.2 文献标志码: A 文章编号: 1000-5137(2020)04-0371-10Abstract: We discuss the finite-approximate controllability of Hilfer fractional evolution equations of Sobolev type with nonlocal conditions in Hilbert spaces.With the assumption that the corresponding linear system is approximately controllable,we obtain sufficient conditions for finite-approximate controllability of the control system by using fractional calculus,semigroup theory,variational analysis and Schaefer fixed point theorem.Key words: Hilfer fractional derivative; evolution equation; nonlocal conditions; finite-approximate controllability0 引言近20年来,分数阶微分方程的定性理论、稳定性和可控性概念,因其在科学和工程等诸多领域的广泛应用,受到越来越多的数学家、物理学家和工程师们的关注.近几年间,有大批学者研究了多种不同类型的线性和非线性动力系统的可控性问题.例如:2013年,KERBOUA 等[1]研究了Hilbert空间中一类带有Caputo分数阶导数的Sobolev型随机发展方程的近似可控性,方程具有非局部条件;2015年,MAHMUDOV等[2]研究了Hilbert空间中一类带有Hilfer分数阶导数的发展方程的近似可控性;2016年,GE等[3]用近似法,研究了Banach空间中一类带有Caputo分数阶导数的发展方程的近似可控性,方程具有非局部条件和脉冲条件;2017年,CHANG等[4]利用预解算子的性质,研究了Banach空间中两类Sobolev型发展方程的近似可控性,即一类带有Caputo分数阶导数,一类带有Riemann-Liouville分数阶导数;2018年,MAHMUDOV用近似法和变分法,分别研究了Hilbert空间中一类带有Caputo分数阶导数发展方程的偏近似可控性[5]和有限近似可控性[6],方程具有非局部条件;2019年,HE等[7]研究了Hilbert空间中一类带有Riemann-Liouville分数阶导数的随机波动方程的近似可控性;HUANG 等[8]研究了Banach空间中一类带有Caputo分数阶导数的抛物方程的近似可控性.然而,具有非局部条件的Sobolev型Hilfer分数阶发展方程的有限近似可控性至今还没有被研究.事实上,在线性系统中,若控制系统是近似可控性的,则其一定也是有限近似可控的[9-11],但在非线性系统中,却没有这一结论.由此可見,有限近似可控性是一个比近似可控性更强的性质.参考文献:[1] KERBOUA M,DEBBOUCHE A.Approximate controllability of Sobolev type nonlocal fractional stochastic dynamic systems in Hilbert spaces [J].Abstract and Applied Analysis,2013,2013:262191.[2] MAHMUDOV N,MCKIBBEN M.On the approximate controllability of fractional evolution equations with generalized Riemann-Liouville fractional derivative [J].Journal of Function Spaces,2015,2015:263823.[3] GE F D,ZHOU H C.Approximate controllability of semilinear evolution equations of fractional order with nonlocal and impulsive conditions via an approximating technique [J].Applied Mathematics and Computation,2016,275:107-120.[4] CHANG Y K,PEREIRA A.Approximate controllability for fractional differential equations of Sobolev type via properties on resolvent operators [J].Fractional Calculus and Applied Analysis,2017,20(4):963-987.[5] MAHMUDOV N.Partial-approximate controllability of nonlocal fractional evolution equations via approximating method [J].Applied Mathematics and Computation,2018,334:227-238.[6] MAHMUDOV N.Finite-approximate controllability of fractional evolution equations:variational approach [J].Fractional Calculus and Applied Analysis,2018,21(4):919-936.[7] HE J W,PENG L.Approximate controllability for a class of fractional stochastic wave equations [J].Computers and Mathematics with Applications,2019,78(5):1463-1476.[8] HUANG Y,LIU Z H.Approximate controllability for fractional semilinear parabolic equations [J].Computers and Mathematics with Applications,2019,77(11):2971-2979.[9] FABRE C,PUEL J P.Approximate controllability of the semilinear heat equation[J].Proceedings of the Royal Society of Edinburgh Section A:Mathematics,1995,125(1):31-61.[10] LIONS J L,ZUAZUA E.The cost of controlling unstable systems:time irreversible systems [J].Revista Matemaeica UCM,1997,10(2):481-523.[11] ZUAZUA E.Finite dimensional null controllability for the semilinear heat equation [J].Journal de Mathématiques Pureset Appliquées,1997,76(3):237-264.[12] PODLUBNY I.Fractional Differential Equations [M].San Diego:Academic Press,1999.[13] HILFER R.Applications of Fractional Calculus in Physics [M].Singapore:World Scientific,2000.[14] GU H B,TRUJILLO J J.Existence of mild solution for evolution equation with Hilfer fractional derivative[J].Applied Mathematics and Computation,2015,257:344-354.[15] ZHOU Y,JIAO F.Nonlocal Cauchy problem for fractional evolution equations[J].Nonlinear Analysis:Real World Applications,2010,11(5):4465-4475.[16] MAHMUDOV N.Finite-approximate controllability of evolution equations [J].Applied and Computational Mathematics,2017,16(2):159-167.[17] CURTAIN R F,ZWART H J.An Introduction to Infinite Dimensional Linear Systems Theory [M].New York:Springer-Verlag,1995.(責任编辑:冯珍珍)。

波动方程的非均质问题

波动方程的非均质问题

波动方程的非均质问题波动方程是描述许多物理现象的重要数学模型,包括声波、电磁波、横波等等。

通常,波动方程假设媒质是均质的,即媒质物理特性在空间上是均匀不变的。

但是,很多实际问题中,媒质是非均质的,这给求解波动方程带来了困难。

非均质条件下的波动方程和均质情况下的波动方程有很大的不同。

通常而言,波在媒质中传播速度会随着位置的不同而不同。

这使得波动方程在非均质媒质中的求解变得更加复杂。

解决这个问题的一种方法是使用数值方法。

例如,有限元法、有限差分法和谱方法等数值方法被广泛应用于求解非均质条件下的波动方程。

这些方法的基本思想是将方程转化为在离散网格上的差分方程,然后用计算机迭代求解。

不同的数值方法有不同的优缺点。

有限元法适用于具有任意复杂几何形状的媒质,但需要进行面元划分,计算资源开销比较大。

有限差分法计算简单,但需要埋点,不适用于复杂的非均质媒质。

谱方法在高精度求解上具有优势,但对于高频振动的媒质不够有效。

在使用数值方法解决非均质波动方程问题时,通常需要考虑以下几个因素:1.媒体非均质条件的表达。

不同的非均质条件需要用不同的公式来表示,例如介质的密度、速度等参数。

2.求解域的离散化。

将媒质空间离散化为网格结构,以便计算机实现离散化求解。

3.数值格式的选取。

根据物理问题的具体特点,选择适合的数值格式,如有限差分法、有限元法、谱方法等。

4.数值算法实现。

实现数值算法,周期性边界条件,交错网格等等问题都需要充分考虑。

5.求解结果的后处理。

设计实用的数据分析方法(如画出动态图、计算成像等等),实现可视化输出和优化问题求解。

非均质波动方程问题的求解还面临着三个主要的挑战:1.网格剖分和计算量。

对于复杂的非均匀介质结构,进行合适的网格剖分并且维持精度是非常重要的,但过于密集的网格会导致计算量的增加。

2. 波走线的耗散和扩散。

在非均质介质中,波在传播中会经历分散、扩散等现象,2d或者3d情况下,这种现象尤为突出。

3.信号分离及成像。

波动方程的非线性问题

波动方程的非线性问题

波动方程的非线性问题波动方程是描述波动现象的重要方程之一,它在物理、工程、生物学等领域中广泛应用。

然而,许多实际问题中的波动现象往往是非线性的,例如水波的相互作用、光学中的自相互作用、地震中的土壤非线性效应等等。

因此,如何处理非线性问题是当前研究的热点之一。

在传统的波动方程中,波动现象是由线性叠加产生的,即一系列波动可以通过简单的相加构成新的波动。

然而,在非线性波动问题中,波动之间会相互作用,相互干扰,形成新的波形。

这种相互作用导致波形的非线性变化,使得波动方程的求解变得异常困难。

一个经典的非线性波动方程是Korteweg-de Vries方程。

该方程描述的是水波的非线性现象,它的基本形式是:$$u_t+6uu_x+u_{xxx}=0$$其中,$u(x,t)$表示水波的波高,$x$表示水面上的位置,$t$表示时间。

这个方程被称为“孤立子方程”,因为它可以描述单个孤立波的运动,而且孤立波之间相互作用后仍可以保持形状不变。

Korteweg-de Vries方程是一个非线性偏微分方程,它的解法比较困难。

一般情况下,我们需要借助数值计算方法来求解该方程。

常用的数值方法有有限元法、有限差分法等等,这些方法可以将偏微分方程转化为代数方程,从而得到波动方程的数值解。

除了Korteweg-de Vries方程以外,还有一些其他的非线性波动方程,如Boussinesq方程、Nonlinear Schrödinger方程、Sine-Gordon方程等等。

这些方程都是为了描述一些特定的波动现象而设计的,它们的求解方法也各不相同。

除了数值计算方法以外,还有一些其他的方法来处理非线性波动方程。

其中一个比较重要的方法是变换法。

变换法是一种通过变量替换来简化方程的方法,它可以将非线性波动方程转化为一些线性方程,从而得到解析解。

总的来说,非线性波动方程是一个非常复杂的研究课题,涉及到多种数学方法和物理学知识。

在实际工程中,我们也面临着各种非线性波动问题,需要针对具体情况进行研究和解决。

非线性波动的几个基本问题

非线性波动的几个基本问题

第32卷 第2期2002年4月 吉林大学学报(地球科学版)J OURNAL OF JILIN UNIVERSITY(EARTH SCIENCE EDITION)Vol.32 N o.2A pr.2002文章编号:16715888(2002)02018706非线性波动的几个基本问题冯,杨宝俊,郑海山(吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林长春 130026)摘要:将非线性波动理论的研究划分为观察和分析、方程建立、初边值问题、解析解和数值解、非线性波动特征以及实际应用等六个大的研究方向,详细评述了各个方向的研究情况。

提出了多层介质中的非线性波传播等尚未研究的问题,发现了用通常方法求取的解析解复杂、不易应用等问题,并提出了在定性的基础上省略与已知物理特征不符项的方法来求取解析解等思路。

认为介质的非线性、各向异性、多相性应统一研究。

关键词:非线性波;非线性演化方程;解析解和数值解;冲击波中图分类号:P631.4 文献标识码:A收稿日期:20011019作者简介:冯 (1974),男,安徽省旌德县人,博士生,主要从事地球物理研究自20世纪60年代以来,非线性科学的研究工作,以Lorenz 引子、KAM 理论、Arnold 扩散、Li-Yorke 的混沌命名和Feigenbaum 普适常数为标志,取得了重大突破[1]。

它在大气动力学、离子体物理学、流体力学、晶格力学、非线性光学、工程力学等领域得到了广泛的应用[2]。

非线性波动是非线性科学的重要组成部分之一。

一般把服从非线性发展方程的有限振幅波叫做非线性波。

发展至今,非线性波动理论已经在许多方面取得了丰硕成果[3~5]。

由于非线性波的研究与许多学科有着紧密的联系,因此它的内容也纷纭复杂,包罗万象。

本文将近期非线性波动理论的研究现状和趋势总结和归纳为几个方面,以期能为后来的研究者提供帮助。

1实验室和实际中的观察和分析早在19世纪30年代,Russell 在爱丁堡-格拉斯哥运河中观察到一种他称之为大传输波的现象,当时他骑在马背上追踪观察一个孤立的水波在浅水窄河道中的持续行进,长久地保持着自己的形状和波带,这种奇妙现象还诱使Russell 在实验室里作了产生单一水波的实验[6]。

几个非局部非线性可积方程的解及其性质

几个非局部非线性可积方程的解及其性质

几个非局部非线性可积方程的解及其性质非局部微分方程通常是指一类同时含有对未知函数的积分和微分的方程。

最近,Ablowitz和Musslimani提出了一个新的非线性Schr¨odinger方程:iq<sub>t</sub>(x,t)=q<sub>xx</sub>(x,t)±2q<sup>2</sup>(x,t)q<sup>*</sup>(-x,t)。

他们将这个方程称为空间反演的非局部非线性Schr¨odinger方程。

自该方程提出后,关于它的诸多研究工作陆续涌现,包括该方程各种类型精确解的构造与分析、该方程与Landau-Lifshitz型方程的规范等价。

本论文中所研究的非局部非线性方程也是这种类型的微分方程。

本论文研究了几个非局部非线性可积方程的精确解及其性质和几个非局部非线性可积方程的Cauchy问题。

主要内容如下:第一章,简要论述了一些研究可积系统的方法。

逆散射变换方法是一个非常重要的方法。

该方法是求解一类非线性可积偏微分方程Cauchy问题的一个里程碑式的工作。

Darboux变换方法也是构造非线性可积系统精确解的重要方法。

概述了最近关于非局部非线性Schr¨odinger方程的一系列研究进展。

论述了本文的主要结果和创新点。

第二章,研究的是一个时空反演的非局部修正Korteweg-de Vries方程的Darboux变换、精确解及其性质。

修正Korteweg-de Vries方程可以从Euler方程导出,并且在流体力学、等离子物理以及其他物理领域中有诸多应用。

在过去的几十年中,有许多关于修正Korteweg-de Vries方程的研究工作,例如用Darboux变换、Hirota双线性等方法给出了该方程的各种类型的精确解,包括N-孤子解、complexiton解、multiple-pole解,以及用逆散射方法研究该方程的Cauchy问题等等。

两类非局部问题解的存在性研究

两类非局部问题解的存在性研究

两类非局部问题解的存在性研究两类非局部问题解的存在性研究摘要:非局部问题是数学领域中一个重要的研究方向,在现代科学和工程领域中有广泛的应用。

本文主要研究了两类非局部问题解的存在性。

通过分析和证明,我们得到了两类非局部问题解存在的充分条件,并给出了相应的数值例子进行验证。

一、引言非局部问题存在于各种科学和工程中。

所谓非局部,即问题中的影响不仅限于局部区域,而是同时涉及到整个问题域。

这种影响可以通过非局部算子来描述,例如积分、微分算子等。

非局部问题的研究可以帮助我们更好地理解现实世界中的复杂现象,并为解决实际问题提供有力的工具。

本文主要研究了两类非局部问题解的存在性。

通过分析和证明,我们将提出两类非局部问题解存在的充分条件,并通过数值例子进行验证。

二、第一类非局部问题解的存在性研究考虑以下非局部问题:$$\begin{cases} -\Delta u = f(x) + h(u) & \text{in} \ \Omega \\ u = 0 & \text{on} \ \partial\Omega\end{cases}$$其中,$\Omega$为区域,$f$和$h$为已知函数。

我们需要研究方程的解$u$是否存在。

为了研究解的存在性,我们引入逐步逼近的方法。

首先,我们考虑以下抽象问题:$$\begin{cases} -\Delta u = f(x) & \text{in} \ \Omega \\ u = 0 & \text{on} \ \partial\Omega \end{cases}$$这是一个经典的局部问题,我们可以通过分析得到其解的存在性。

假设存在一个解$u_0$。

然后,我们通过不断逼近来构造非局部问题的解。

具体地,我们定义逼近序列$\{u_n\}_{n\geq0}$,满足:$$\begin{cases} -\Delta u_n = f(x) + h(u_{n-1}) &\text{in} \ \Omega \\ u_n = 0 & \text{on} \\partial\Omega \end{cases}$$其中,$u_{n-1}$是上一步的逼近解。

一类非局部非线性色散波方程的Fourier谱方法的开题报告

一类非局部非线性色散波方程的Fourier谱方法的开题报告

一类非局部非线性色散波方程的Fourier谱方法的开题报

题目:一类非局部非线性色散波方程的Fourier谱方法研究
一、研究背景
色散波方程是物理学中重要的一类非线性偏微分方程,广泛应用于波动理论、量子力学等领域。

近年来,一类非局部非线性色散波方程引起了研究人员的广泛关注。

这类方程具有非局部非线性项,其解不仅受到局部的耗散和色散的影响,还受到远离
源点处的非局部项的影响,因此其解的性质更为复杂。

Fourier谱方法是计算非线性偏微分方程的有效工具。

由于其高效、准确、精度
高等特点,得到了研究人员的广泛关注和应用。

二、研究目的
本研究旨在运用Fourier谱方法对一类非局部非线性色散波方程的求解方法进行
研究,探究其解的存在性、唯一性、稳定性以及收敛性等性质,并将结果与已有方法
相比较,从而为数值计算提供更加准确的数学工具。

三、研究内容
1.熟悉非线性偏微分方程、Fourier谱方法等基础知识,了解有关文献,理论基础逐步夯实。

2.基于研究对象的特点,构建求解该方程的Fourier谱方法,探究其解的存在性、唯一性、稳定性以及收敛性等特性。

3.利用MATLAB等工具编写程序,求解该方程,进行数值模拟和误差分析,验证方法的可行性和准确性。

4.将结果与已有方法进行比较,从而进一步验证该方法的优越性。

四、研究意义
本研究将探究一类非局部非线性色散波方程的Fourier谱方法,并验证其在数值
计算中的准确性和可行性。

研究结果有助于深入理解非局部非线性色散波方程的特点
和解的性质,为相关领域的数学建模和仿真提供更加准确的数学工具。

非线性分数阶微分方程四点非局部边值问题

非线性分数阶微分方程四点非局部边值问题

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收稿 1 :0 20 -5 3期 2 1-42 回修 日期 :0 20 -6 2 1-5 1 基金项 目: 新疆普通高校重点培育学科 基金资助项 目( JD K 0 10 ) X Z X 2 104 作者简介 : 罗华( 9 7 ) , 18 一 女 硕士研究生 , 主要研究方 向: 微分方程 边值理论及其应用 。 } 通讯作者 :胡卫敏 ( 9 8一 ) 男 , 16 , 教授 , m i- 0 8 72 @Q . o E al 7 4 0 02 Q tm
第 3 卷 l
绵 阳师 范学 院学 报 ( 自然科 学 版 )
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3 1卷 第 8
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非线性微分方程的波动方程

非线性微分方程的波动方程

非线性微分方程的波动方程非线性微分方程是一个重要的数学分支,它对自然界中的物理现象有着很好的解释作用。

其中,波动方程作为一种广泛应用于物理领域的方程模型被广泛研究。

非线性波动方程在物理学和数学中的应用十分广泛,尤其是在流体动力学、理论物理和量子力学等领域,具有广泛的研究价值。

具体而言,波动方程是描述一维、二维或三维空间内波动现象的数学模型。

它通常表示为一个偏微分方程,它捕捉了波动的时间和空间分布以及其行为描述。

在数学上,波动方程模型常用来描述沿一维、二维或三维空间中传播的波的行为。

在非线性波动方程中,微分方程的非线性部分表示了各种各样的物理相互作用,例如非线性扭曲、排斥和吸引等。

该方程通常具有地震波、声波、电磁波、水波、气波和激波等各种波动现象。

此外,非线性波动方程还可以用于描述超导材料的电流分布、液晶体的施加电场等领域。

非线性波动方程主要用于描述波的传输、散射、反射和干扰等现象的演变,以及红外、X射线和光学成像等领域。

在非线性波动现象中,具有重要地位的方程是N-波场的方程,它被广泛应用于固体振动、非线性声波、地震和准粒子物理等领域。

在数学中,非线性微分方程的研究主要分为定解问题和初始问题。

在定解问题中,关注的是找到一个最符合某个特定条件的方程,例如波在固体板上的反射和折射行为。

在初始问题中,关注的是找到一组初始条件,例如温度场随着时间的变化情况。

总的来说,非线性波动方程是现代科学领域中一个非常重要的数学工具,对现代科学技术的发展做出了突出的贡献。

它具有广泛的理论和实际意义,对人类认识自然界、探索客观规律、改善生产生活等方面都产生了深刻的影响。

波动方程的非线性波问题

波动方程的非线性波问题

波动方程的非线性波问题在数学中,波动方程是一个描述波动传播的偏微分方程。

其具体形式为:\frac{\partial^2u}{\partial t^2}=c^2\nabla^2u其中u是波动的位移,t是时间,c是波速,\nabla^2是拉普拉斯算子。

对于线性波动方程,其解可以表示为一系列简谐波的叠加。

但是,当波动方程变为非线性时,问题就变得更加复杂。

非线性波动方程在很多领域中都有广泛的应用,比如声学、光学、地震学等。

其中,最为典型的例子是Korteweg-de Vries(KdV)方程。

这个方程最初是在河流水流的研究中提出来的,但后来被证明在很多领域都有应用。

KdV方程的具体形式为:\frac{\partial u}{\partial t}+6u\frac{\partial u}{\partialx}+\frac{\partial^3u}{\partial x^3}=0其中u是波动的位移。

这个方程的解可以表示为一个包含孤立波的波包,其中孤立波是一种不会衰减或扩散的波动。

这类波动被称为孤子(soliton),是非线性波动方程的一种重要解。

孤子最初是由苏联科学家扎卡里·尼科拉耶维奇·卡尔玛诺夫(Karamnov)在1965年研究水流时发现的。

后来,来自日本的市村秀俊发现了小说中类似的孤立波现象,并将其称为“孤立波”,并更深入地研究了这个问题。

在学术界的共同努力下,KdV方程的解被成功地应用于众多领域,包括非线性光学、聚合物物理、等离子体等。

在研究非线性波动方程过程中,一个关键的问题是如何得到波动的解。

常见的方法是使用无穷小展开及其逆变换,如逆散射变换和逆拉普拉斯变换等。

逆散射变换是指将初始或边界条件转化为波的散射数据并通过反演得到波动的解。

这种方法在求解非线性方程时尤为有效,因为非线性方程的解往往无法使用常见的解析方法来求解。

因此,使用逆散射变换的方法,可以将问题转化为求解线性方程的解析解。

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A nonlocal problem for a wave equationwith nonlinear integral condition∗Yong Zhang†,Peihao Zhao‡School of Mathematics and Statistics,Lanzhou University,Lanzhou,Gansu730000,People’s Republic of China,AbstractIn this paper,we study a nonlocal problem for a wave equation with nonlinear integral condition in a cylinder.The main aim is to provethe uniqueness and existence of a generalized solution.The proofs arebased on a priori estimate and the Galerkin procedure,respectively.Keywords:Nonlocal problem,nonlinear integral condition,wave equation,generalized solution.2000Mathematics Subject Classifications:35L05,35L70, 35L991IntroductionCertain problems of modern physics and technology can be effectively de-scribed in terms of nonlocal problems for partial differential equations.These nonlocal conditions arise mainly when the data on the boundary cannot be measured directly.Thefirst paper,devoted to second-order partial differ-ential equations with nonlocal integral conditions goes back to Cannon[3]. Cannon studied a problem for a heat equation,and in most papers,devotedto nonlocal problems,parabolic and elliptic equations were studied.Mixed problems with nonlocal integral conditions for one-dimensional hyperbolic and wave equations were considered in[2,7,10,11,12].Nonlocal problemsfor a third-order one-dimensional nonlinear pseudoparabolic equation were considered in[5,6].A mixed nonlocal problem for a wave equation with linear integral con-dition was considered in[1].Sergei A.Beilin studied an n-dimensional wave equation with weighted integral nonlocal condition.∗This work was partly supported by the Fundamental Research Fund for Physics and Mathematics of Lanzhou University.†E-mail address:zyzwj309@‡E-mail address:zhaoph@1In this paper we study the uniqueness and existence of a generalized solution for the n-dimensional wave equation of the formu tt − u +c (x,t )u =f (x,t )(1.1)in a cylinder Q =Ω×(0,T ),where Ω⊂R n is a bounded domain with a smooth boundary,with Cauchy conditionsu (x,0)=φ(x ),u t (x,0)=ψ(x )(1.2)and an integral nonlocal nonlinear condition∂u∂n |S +t 0ΩK x,ξ,τ,u (ξ,τ) dξdτ=0,x ∈∂Ω,S =∂Ω×(0,T )(1.3)where φ(x ),ψ(x ),K x,ξ,τ,u (ξ,τ)are given functions.Motivation for definition of generalized solution.Define the spaceW 1,12(Q )={u (x,t ):u,∇u,u t ∈L 2(Q )}with the normu W 1,12(Q )=( u L 2(Q )+ ∇u L 2(Q )+ u t L 2(Q ))12denoteW 1,12(Q )={v (x,t ):v ∈W 1,12(Q ),v (x,T )=0}Suppose u (x,t )∈W 1,12(Q )satisfy (1.1)-(1.2)-(1.3).Multiply the equation(1.1)by the function v (x,t )∈ W 1,12(Q )and integrate it over the cylinder Q .After integrating by parts,we obtainT 0Ω(∇u ∇v −u t v t +cuv )dxdt =T 0Ωfvdxdt + T 0 ∂Ω∂u∂n vdsdt + Ωψ(x )v (x,0)dx (1.4)After substituting the condition (1.3),we haveT 0Ω(∇u ∇v −u t v t +cuv )dxdt + T 0 ∂Ωv (x,t ) t 0ΩK x,ξ,τ,u (ξ,τ)dξdτdsdt = T 0Ωfvdxdt + Ωψ(x )v (x,0)dx(1.5)Definition 1.1A function u (x,t )∈W 1,12(Q )is called a generalized solu-tion of (1.1)-(1.2)-(1.3),if it satisfies (1.5)for every v (x,t )∈ W 1,12(Q )and 2u (x,0)=φ(x ).From now on,we assume the following:(A1)c (x,t )∈C 1(Q ),c (x,t )≥c 1>0;f (x,t )∈L 2(Q );φ(x )∈W 12(Ω);ψ(x )∈L 2(Ω).(A2)K x,ξ,τ,s ∈C ∂Ω×Ω×(0,T )×R,there exist constants K =K (Q ),K 0=K 0(Q ),K 1=K 1(Q )such that|Kx,ξ,t,s 1 −K x,ξ,t,s 2 |≤K |s 1−s 2|,|K x,ξ,τ,s|≤K 0|s |,|∂K (x,ξ,t,s )∂x i|≤K 1|s |,(i =1,...,n ).The main result of this paper can be formulated as the following theo-rem.Theorem 1.2If (A1)-(A2)hold,then there exist a unique generalized so-lution to the problem (1.1)-(1.2)-(1.3).In this paper,we will use the following lemmas.It is easy to show the following lemmas,for the details of the proof,we refer the reader to [4].Lemma 1.3Let X be a Banach space,f ∈C ([0,T ]×X ;X )andf (t,x )−f (t,y ) ≤C x −y∀(x,y )∈X ×X,∀t ∈[0,T ],(1.6)then there exist 0<T ∗≤T ,such that the Cauchy problemdx (t )dt=f t,x (t ) ;x (0)=x 0;(t,x )∈[0,T ]×X(1.7)has a unique solution x(t)for t ∈[0,T ∗].Lemma 1.4Assume in addition to (1.6)the growth conditionf (t,x ) ≤a +b x ,∀(t,x )∈[0,T ]×X,(1.8)where a,b >0are constants.Then [0,T ]is the maximal existence interval for the Cauchy problem (1.7).The following two sections provide the proof of the above theorem.32UniquenessLet u 1=u 2be solutions of (1.1)-(1.2)-(1.3),then u =u 1−u 2is a solution of the same problem with f =φ=ψ=0,so u (x,t )satisfiesT 0Ω(∇u ∇v −u t v t +cuv )dxdt +T 0∂Ωv (x,t ) t 0ΩKx,ξ,τ,u 1 −K x,ξ,τ,u 2 dξdτdsdt =0(2.1)Consider the functionv (x,t )=τtu (x,η)dη,0≤t ≤τ,0,τ≤t ≤T.(2.2)Note that v (x,t )∈ W 1,12(Q ),and v t (x,t )=−u (x,t ),∀t ∈[0,τ].Integration by parts in(2.1)will give us:12 Ω |∇v (x,0)|2+u 2(x,τ) dxdt = T 0 ∂Ωv (x,t )t 0 ΩK x,ξ,τ,u 1 −K x,ξ,τ,u 2dξdτdsdt + T 0Ωcuvdxdt.With the help of elementary inequalities,we obtain the following estimates:12 Ω|∇v (x,0)|2+u 2(x,τ) dxdt ≤T 0∂Ω|v (x,t )| t 0 Ω K x,ξ,τ,u 1 −K x,ξ,τ,u 2 dξdτdsdt + T 0 Ω|cuv |dxdt.≤K T 0 ∂Ω|v (x,t )| t 0 Ω|u 1−u 2|dξdτdsdt +C 0( T 0 Ωu 2+v 2dxdt ).≤K T 0 ∂Ω |v (x,t )|2+T |Ω| t 0Ωu 2(ξ,τ)dξdτ dsdt+C 0(T 0Ω(u 2+v 2)dxdt ).(2.2)By using an inequality in[9,p.77], ∂Ωv 2ds ≤Ω|∇v |2+C ( )v 2dx(2.3)4and denoting L =T 2|Ω||∂Ω|,we obtainΩ|∇v (x,0)|2+u 2(x,τ) dx ≤Kετ0Ω|∇v |2dxdt +KC (ε)+C 0 τ0 Ωv 2dxdt +KL +C 0τ0Ωu 2dxdt.It’s trivial thatv 2=τtu (x,η)dη 2≤ττu 2(x,η)dη,andτ0Ωv 2dxdt ≤τ0Ωττu 2(x,η)dηdxdt ≤τ2τ0Ωu 2(x,t )dxdt.Using this result and denoting C 1=T 2K ·max {ε,C (ε),L }+C 0,we obtain the following inequality:Ω|∇v (x,0)|2+u 2(x,τ) dx ≤C 1 τ0Ω∇v (x,t )|2+u 2(x,t ) dxdt.(2.4)Consider the functionw (x,t )=tu (x,η)dη.Thenv (x,t )=w (x,τ)−w (x,t ),∇v (x,0)=∇w (x,τ),and also|∇v |2=|∇w (x,τ)−∇w (x,t )|2≤2|∇w (x,τ)|2+2|∇w (x,t )|2,so we haveτ0Ω|∇v |2dxdt ≤2τ Ω|∇w (x,τ)|2dx +2 τ0Ω|∇w |2(x,t )dxdt.Thus,the inequality(2.4)takes the formΩ|∇w (x,τ)|2+u 2(x,τ) dx ≤2C 1τ Ω|∇w (x,τ)|2dx +2C 1τ0Ω(|∇w |2+u 2)dxdt.(2.5)5Because of arbitrariness of τ,let τsatisfy 2C 1τ≤1.Then it follows from (2.5)that:(1−2C 1τ) Ω|∇w (x,τ)|2+u 2(x,τ) dx≤2C 1τ0Ω(|∇w |2+u 2)dxdt.(2.6)Applying the Gronwall’s inequality,we conclude thatΩ |∇w (x,τ)|2+u 2(x,τ) dx ≤0,∀τ∈[0,12C 1],whence it follows thatu (x,τ)=0,∀τ∈[0,12C 1].Obtaining the same inequality for the ”slices”τ∈[k −12C 1,k 2C 1]to cover the [0,T ],we ensure thatu (x,τ)=0,∀τ∈[0,T ].Thus,the uniqueness is proved.3ExistenceTo prove the existence,we will apply the Galerkin’s method.Let smooth function w k =w k (x )(k =1,...)such that{w k }∞k =1is an orthogonal basis of W 12(Ω)and{w k }∞k =1is an orthonormal basis of L 2(Ω).We will try to find approximate solutions in the formu m(x,t )=m k =1d k (t )w k (x ),(3.1)where coefficients d k (t )are to be determined.From (1.1)we haveΩ(u m tt w l +∇u m ∇w l +cu mw l )dx +∂Ωw l (x ) t 0 ΩK x,ξ,τ,u m (ξ,τ)dξdτds = Ωfw l dx (l =1,...,m ),(3.2)6d k(0)=αk=(φ,w k)L2(Ω)(k=1,...,m),(3.3)d k(0)=βk=(ψ,w k)L2(Ω)(k=1,...,m).(3.4) Substituting(3.1)into(3.2),we obtainΩmk=1(d k w k w l+d k∇w k∇w l+cd k w k w l)dx+∂Ωw l(x)tΩKx,ξ,τ,mk=1d k(τ)w k(ξ)dξdτds=Ωfw l dx(k,l=1,...,m).Denote,for short,γkl(t)=(∇w k,∇w l)L2(Ω)+(cw k,w l)L2(Ω),(3.5)f l(t)=(f,w l)L2(Ω),(3.6)g l(t)=∂Ωw l(x)tΩKx,ξ,τ,mk=1d k(τ)w k(ξ)dξdτds,(3.7)we haved l(t)+mk=1d k(t)γkl(t)+g l(t)=f l(t)(l=1,...,m).(3.8)Letb l(t)=d l(t),(l=1,...,m)z(t)=b1(t),b2(t),...,b m(t),d1(t),d2(t),...,d m(t)TandΦ(t,z)=f1(t)−ml=1d k(t)γk1(t)−g1(t)f2(t)−ml=1d k(t)γk2(t)−g2(t)...f m(t)−ml=1d k(t)γkm(t)−g m(t)b1(t)b2(t)...b m(t)7we haved z(t)dt=Φ(t,z)(3.9) z(0)=(β1,β2,...,βm,α1,α2,...,αm)T(3.10)ThenT|Φ(t,z)|2dt=ml=1Tf l(t)−mk=1d k(t)γkl(t)−g l(t)2dt+mk=1Tb2k(t)dt≤3ml=1Tg l(t)2dt+3ml=1Tmk=1d k(t)γkl(t)2dt+3ml=1Tf l(t)2dt+ml=1Tb k(t)2dt.From(3.7)and(A2)we have3ml=1Tg l(t)2dt=3ml=1T∂Ωw l(x)tΩKx,ξ,τ,mk=1d k(τ)w k(ξ)dξdτds2dt≤3ml=1T∂Ωw2l(x)ds∂ΩtΩKx,ξ,τ,mk=1d k(τ)w k(ξ)dξdτ2dsdt≤3|Ω|ml=1Tδ1|∇w l(x)|2+C(δ1)w2l(x)dx·δ2tΩ|∇Kx,ξ,τ,mk=1d k(τ)w k(ξ)|2dξdτ+C(δ2)tΩK2x,ξ,τ,mk=1d k(τ)w k(ξ)dξdτdt≤C2mk=1Td k(t)2dt,where C2is a constant;From(3.5)-(3.6)and(A1)we have3ml=1Tmk=1d k(t)γkl(t)2dt+3ml=1Tf l(t)2dt≤C3+C4mk=1Td k(t)2dt,8where C 3,C 4are constants;let C 5=max {1,C 2,C 4}we haveT0|Φ(t,z )|2dt ≤C 3+C 5T|z (t )|2dt.(3.11)From (3.1)we know that z (t )∈L 2([0,T ];R 2m ),we haveΦ∈C [0,T ]×L 2([0,T ];R 2m );L 2([0,T ];R 2m ) (3.12)Letz i = b i 1(t ),b i2(t ),...,b i m (t ),d i 1(t ),d i 2(t ),...,d i m (t ) T,(i =1,2)then for ∀t ∈[0,T ],Φ(t,z 1)−Φ(t,z 2) 2L ([0,T ];R 2m )= T0|Φ(t,z 1)−Φ(t,z 2)|2dt =m l =1T 0b 1l (t )−b 2l (t ) 2dt +3ml =1 Tm k =1d 1k (t )−d 2k (t )γkl (t ) 2dt+3m l =1T 0∂Ωw l (x )t 0ΩKx,ξ,τ,m k =1d 1k(τ)w k (ξ)−Kx,ξ,τ,mk =1d 2k (τ)w k (ξ)2dt≤C 5 z 1−z 2 2L ([0,T ];R 2m )(3.13)Applying lemma(1.3)and lemma(1.4),we known that (3.9)-(3.10)isuniquely solvable.Thus,for every m there exists a unique u m (x,t ),that satisfies (3.2),in other words,the sequence {u m }is defined.We shall investigate it’s conver-gence.Multiply (3.2)by d l (t ),sum by l from 1to m and,finally,integrate by t from 0to τ,τ0Ω(u m tt u mt +∇u m ∇u m t +cu m u m t )dxdt + τ0∂Ωu m tt 0 ΩK (x,ξ,η,u m )dξdηdsdt = τ0Ωfu m t dxdt.9Integration by parts on the left will give usτ0 Ωu m tt u mt dxdt =12 Ω u m t (x,τ) 2dx −12Ω u m t (x,0) 2dx,τ0 Ω∇u m ∇u m tdxdt =12 Ω ∇u m(x,τ) 2dx −12Ω ∇u m (x,0) 2dx, τ0Ωcu m u m t dxdt =12 Ωc (x,τ) u m (x,τ) 2dx −12Ωc (x,τ) u m (x,0) 2dx−12 τ0 Ωc t (u m )2dxdt, ∂Ωτu m t (x,t )t 0ΩK (x,ξ,η,u m )dξdηdsdt=− ∂Ωτ0u m (x,t ) ΩK (x,ξ,t,u m )dξdtds+ ∂Ωu m (x,τ) τ0ΩK (x,ξ,η,u m )dξdηds.Finally,we obtain 12 Ωu m t (x,τ) 2+|∇u m (x,τ)|2+c (x,τ) u m (x,τ) 2 dx=12 Ωu m t (x,0) 2+|∇u m (x,0)|2+c (x,0) u m (x,0) 2 dx+12 τΩc t (u m )2dxdt + τ0 Ωfu m t dxdt + τ0 ∂Ωu m (x,t ) ΩK (x,ξ,t,u m )dξdsdt − ∂Ωu m (x,τ) τ0ΩK (x,ξ,η,u m )dξdηds.(3.14)Consider the right-most integral in (3.13).Applying the Cauchy inequality,we haveτ0 ∂Ωu m(x,t )ΩK (x,ξ,t,u m )dξdsdt ≤12 τ0 ∂Ω u m (x,t ) 2dsdt +12 τ0 ∂Ω ΩK (x,ξ,t,u m)dξ 2dsdt ;10next,using the inequality (2.3),12 τ0 ∂Ω u m (x,t ) 2dsdt +12 τ0 ∂Ω ΩK (x,ξ,t,u m )dξ 2dsdt ;≤12 τ0 Ω |∇u m (x,t )|2+C ( )u 2 dxdt +12 τ0 Ω Ω∇K (x,ξ,t,u m )dξ 2+C ( ) ΩK (x,ξ,t,u m )dξ 2 dxdt ≤12 τ0 Ω |∇u m (x,t )|2+C ( )u 2 dxdt +12 τ0 Ω |Ω| Ω|∇K (x,ξ,t,u m )|2dξdxdt +12 τ0 ΩC ( )|Ω| ΩK (x,ξ,t,u m ) 2dξdxdt.Thusτ0∂Ωu m (x,t ) ΩK (x,ξ,t,u m )dξdsdt≤12 τ0 Ω |∇u m (x,t )|2+C ( )u 2dxdt+12 τ0 Ω |Ω|K 21 Ω u m (ξ,t ) 2dξdxdt +12 τ0 ΩC ( )|Ω|K 20 Ω u m (ξ,t ) 2dξdxdt ≤12 τ0 Ω |∇u m |2+ C ( )+ |Ω|K 21+C ( )|Ω|K 20 (u m )2 dxdt ≤ 2 τ0 Ω|∇u m (x,t )|2dxdt +C ( )+ |Ω|K 21+C ( )|Ω|K 202 τ0 Ω u m (x,t ) 2dxdt.(3.15)Applying the modified Cauchy inequality to the second integral in (3.13),we have∂Ωu m (x,τ)τ0 ΩK (x,ξ,η,u m )dξdηds ≤ 2 ∂Ωu m (x,τ)ds +12 ∂Ω τ0 ΩK (x,ξ,η,u m )dξdη 2ds 11Using again the inequality(2.3),we have ∂Ωu m (x,τ)τ0 ΩK (x,ξ,η,u m )dξdηds ≤ 2 Ω µ|∇u m (x,τ)|2+C (µ) u m (x,τ) 2 dx +12 Ω τµ|Ω| τ0 Ω|∇K (x,ξ,η,u m )|2dξdη+τC (µ)|Ω| τ0 Ω K (x,ξ,η,u m ) 2dξdη dx≤ µ2 Ω|∇u m (x,τ)|2dx + C (µ)2 Ωu m (x,τ) 2dx +τ|Ω|2(µK 21+C (µ)K 20)2 τ0 Ωu m (x,t ) 2dxdt.(3.16)From (A1)we know that 0<c 1≤c (x,t )≤c 2,|∂c ∂t|≤c 3;∀(x,t )∈Q.Choose and µso that µ<1, C (µ)≤c 1.Inequalities (3.14)and (3.15)give us: Ω u m t (x,τ) 2+(1− µ)|∇u m (x,τ)|2+ c 1− C (µ) u m (x,τ) 2 dx≤Ω u m t (x,0) 2+|∇u m (x,0)|2+c 2 u m (x,0) 2 dx + τ0 Ωf 2dxdt + τ0 Ω(u m t )2dxdt +τ0 Ω|∇u m (x,t )|2dxdt + c 3+C ( )+ |Ω|K 21+C ( )|Ω|K 20+τ|Ω|2(µK 21+C (µ)K 20) τ0 Ω(u m )2dxdt.(3.17)Thus,denotingc 4=max {1,c 2},M 1=1c 4·min {1,1− µ,c 1− C (µ)},M 2=1c 4·max {c 3,C ( )+ |Ω|K 21+C ( )|Ω|K 20,τ|Ω|2(µK 21+C (µ)K 20)},we obtain the inequality M 1 Ω u m t (x,τ) 2+|∇u m (x,τ)|2+ u m (x,τ) 2 dx≤ Ω u m t (x,0) 2+|∇u m (x,0)|2+ u m (x,0) 2 dx+M 2 τ0 Ω (u m t )2+|∇u m (x,t )|2+(u m )2 dxdt + τ0 Ωf 2dxdt.12Applying the Gronwall inequality and integrating on t from 0to τ,we finally obtainu m W 1,12(Q τ)≤C (T )( f L 2(Q )+ φ W 12(Ω)+ ψ L 2(Q )).(3.18)Since f L 2(Q ), φ W 12(Ω), ψ L 2(Q )are bounded,the sequence {u m }∞m =1is bounded in W 1,12(Q ),therefore,there exists a weakly converging subse-quence (we will denote it {u m }∞m =1again for simplicity),now we shall show that its limit u ∈W 1,12(Q )is a desired solution.To prove this,we fix an integer N ,select m ≥N ,multiply (3.2)by thefunction h l (t )∈W 12[0,T ],h l(T )=0,sum by l from 1to N ,and integrate on t from 0to T ;denoting ηN (x,t )=N l =1w l (x )h l (t ),we obtainT 0Ω(−u m t ηN t +∇u m ∇ηN +cu m ηN )dxdt+ T 0 ∂ΩηNt 0 ΩK (x,ξ,τ,u m )dξdτdsdt = Ωu m t (x,0)ηN (x,0)dx +T 0 ΩfηN dxdt.It is no a problem to go to the limit at m →∞in the latter expression but the one addendT 0 ∂ΩηN t 0 ΩK (x,ξ,τ,u m )dξdτdsdt (3.19)Consider the integralT 0 ∂ΩηN t 0 ΩK (x,ξ,τ,u m )−K (x,ξ,τ,u ) dξdτdsdt.Applying (A2),we have for the “internal”integralt 0 Ω K (x,ξ,τ,u m )−K (x,ξ,τ,u ) dξdτdsdt≤ T 0 Ω|K (x,ξ,τ,u m )−K (x,ξ,τ,u )|dξdτdsdt≤K T 0 Ω|u m −u |dxdt,from W 1,12(Q ) →L 1(Q )we known thatT 0Ω|u m −u |dxdt →013therefore,we can go to the limit in(3.18).Hence,the limit function usatisfies(3.2)for everyηN(x,t)=Nl=1w l(x)h l(t).Denote S N a set of the functions of the formηN(x,t)=Nl=1w l(x)h l(t),h l(t)∈W12[0,T],h l(T)=0.While ∞N=1S N is dense in W1,12(Q),then(3.2)holds true for every function from W1,12(Q).This proves that u(x,t)is a generalized solution of(1.1)-(1.2)-(1.3).References[1]Beilin,S.,On a mixed nonlocal problem for a wave equation,ElectronicJournal of Differential Equations.2006Vol.2006.N.103.Pp.1-10.[2]Beilin,S.,Existence of solutions for one-dimensional wave equationswith nonlocal conditions,Electronic Journal of Differential Equations.2001.Vol.2001.N.76.Pp.1-8.[3]Cannon J.R.The solution of heat equation subject to the specificationof energy.Quart.Appl.Math.1963.Vol.21.N.2.Pp.155-160.[4]Deimling,K.,Ordinary differential equations in Banach spaces,Springer-Verlag(1977).[5]D.-Q.Dai,Y.Huang,Nonlocal boundary problems for a third-orderone-dimensional nonlinear pseudoparabolic equation.Nonlinear Analy-sis66(2007)179-191.[6]D.-Q.Dai,Y.Huang,On a nonlocal problem for nonlinear pseu-doparabolic equations.Nonlinear Analysis64(2006)499-512.[7]Gordeziani D.G.Avalishvili G.A.,Solutions to nonlocal problems ofone-dimensional oscillation of medium.Matem,Modelirovanie.2000.Vol.12.N.1.Pp.94-103.[8]Lars 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