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考虑如下Kirchhoff型分数阶p-拉普拉斯方程:
其中
$\mathit{\Omega } \subset {\mathbb{R}^N} $ (N≥3) 是一个非空有界开集,∂Ω满足Lipshcitz条件,$ p_s^* = \frac{{Np}}{{N-sp}}$ ,(-Δ)ps是分数阶p-拉普拉斯算子,定义如下:其中x∈
$\mathbb{R} $ N,0<s<1<p<N,sp<N. M:$ \mathbb{R}_0^ + \to \mathbb{R}_0^ + $ 是连续函数($\mathbb{R}_0^ + $ 表示除去0以外的正实数集),且满足下面的条件:(V)存在θ>0,使得M(t)t≤θρ(t),其中
且存在0<m1≤m2<∞与α>1,使得
m1tα≤ρ(t)≤m2tα
令
$ f:\mathit{\Omega} \times \mathbb{R} \to \mathbb{R}$ 是Carathéodory函数,设满足下列条件:
(f1)对于所有的x∈Ω和ξ∈
$\mathbb{R} $ ,f(x,-ξ)=-f(x,ξ);(f2)对于所有的x∈Ω和ξ∈
$ \mathbb{R}$ ,存在a1>0且1<q<ps*,使得|f(x,ξ)|≤a1(1+|ξ|q-1)
(f3)对于所有的x∈Ω,都有
(f4)对于所有的x∈Ω,都有
(f5)对于所有的x∈Ω和ξ∈
$\mathbb{R} $ ,存在μ>θp, γ0∈L1(Ω)且γ1∈$ {L^{\frac{{sp}}{N}}}$ (Ω),使得μF(x,ξ)≤ξf(x,ξ)+γ0(x)+γ1(x)|ξ|θp
(f6)对于所有的x∈Ω和ξ∈
$\mathbb{R} $ ,F(x,ξ)≥0.最近有许多文献研究了Kirchhoff型分数阶方程.文献[1]研究的是p=2的情况,利用喷泉定理,获得了方程无穷多个解的存在性.文献[2-3]研究的是带有满足(AR)条件的非线性项的方程.其中,文献[3]利用山路引理,获得了方程两个非平凡弱解的存在性;文献[2]利用对称山路引理,获得了方程无穷多个解的存在性.受以上结果的启发,本文把(AR)条件推广到一般的超二次条件,并得到方程无穷多个解的存在性.
记Q=
${{\mathbb{R}^{2N}}} $ \ի,其中ի=C(Ω)×C(Ω)$ \subset {\mathbb{R}^{2N}}$ 以及C(Ω)=${\mathbb{R}^N} $ \Ω. W是$ {\mathbb{R}^N}$ 到$ \mathbb{R}$ 中的勒贝格可测函数的线性空间,并且满足考虑W的闭线性子空间W0={u∈W:u(x)=0,a.e. x∈
$ {\mathbb{R}^N}$ \Ω},并且在W0中定义范数为由文献[3]可知,当p∈[1,ps*]时,嵌入W0
$ \circlearrowleft $ Lr(Ω)为连续嵌入;当p∈[1,ps*)时,此嵌入为紧嵌入,并且存在常数C0=C0(N,r,p,s)>0
使得
定义I:W0
$\to \mathbb{R} $ 为方程(1) 对应的能量泛函,即如果u∈W0满足
则称u是方程(1) 的弱解.本文主要的结果是:
定理1 假设0<θ<
$\frac{N}{{N-ps}} $ ,条件(V)与(f1)-(f6)都成立,若θp<q<ps*,则方程(1) 有无穷多个解.证 利用对称山路引理[4].由条件(f1)可知F(x,·)是偶的,且I(0)=0.下面分两步来完成定理1的证明:
步骤1 证明泛函I有山路结构.
由条件(f4)可知,对任意的ε>0,都存在δ1=δ1(ε)>0,当|ξ|<δ1时,对于所有的x∈Ω,都有
由条件(f2)可知,对于所有的|ξ|≥δ1和x∈Ω,都存在
有
由(3) 式和(4) 式可知,对任意的ε>0,对所有的x∈Ω和ξ∈
$\mathbb{R} $ ,都有由条件(f3)可知,对任意的K1>
$\frac{1}{p} $ ρ(1)C0-θ,都存在K2,当|ξ|>K2时,对所有的x∈Ω,有由条件(V)可知,对于所有的t>0,M(t)>0,并且:
由(5) 式和(7) 式可知,对于满足‖u‖W0≤1的u,有
由(9) 式可知,存在足够小的r,当‖u‖W0=r时,有
I(u)≥rθp
$\frac{1}{p} $ ρ(1)-εC0θp-CεC0qrq-θp=α>0令E是W0中的有限维子空间,对满足‖u‖W0=1的任意的u,对于所有的t>max{K2,1},由(6) 式和(8) 式可知
由于K1>
$ \frac{1}{p}$ ρ(1)C0-θ,则存在足够大的$ {\mathbb{R}_0}$ >0,当‖u‖W0=$ {\mathbb{R}_0}$ 时,有I(u)<0.步骤2 证明I满足(PS)条件.
设{un}
$\subset $ W0满足I(un)有界,且当n→∞时I′(un)→0.则存在C>0,有|〈I′(un),un〉|≤C‖un‖W0
且
I(un)≤C
首先证明{un}是有界的.利用反证法,假设‖un‖W0→∞,则由条件(V)和条件(f5)可得
因为I(un)和|〈I′(un),un〉|≤C‖un‖W0,且‖un‖W0无界,可知
则由(10) 式和(11) 式可知
令
由于{ωn}有界,则存在一列子列,仍记为{ωn},在W0中ωn
$\rightharpoonup $ ω,在Lp(Ω)中ωn→ω,且在Ω中ωn(x)→ω(x)几乎处处成立.由(12) 式可知则存在b>0和r>0,使得
由文献[5]和条件(f3)可知
由条件(f6)和法图引理可得
由
推出矛盾.由此可得{un}在W0中是有界的.
下证在W0中un→u.由于W0是自反的巴拿赫空间,因为{un}有界,所以存在一列子列,仍记为{un},在W0中un
$ \rightharpoonup $ u,在Lp(Ω)中un→u,且在Ω中un(x)→u(x)几乎处处成立.记由Hölder不等式可知
|Aψ(v)|≤‖ψ‖p-1W0‖v‖W0 v∈W0
则有
由un
$\rightharpoonup $ u且在W0*中I′(un)→0,可知〈I′(un),un-u〉→0
即当n→∞时,有
因为在Lp(Ω)中un→u,所以
f(x,un)(un-u)→0
由文献[3]可知,{f(x,un)(un-u)}在L1(Ω)上是一致有界且等度连续的,则由维它利定理可得
由(14) 式和(15) 式可得
M(‖u‖pW0)Aun(un-u)→0 n→∞
又由M(‖u‖pW0)有界可得,当n→∞时,有
由(13) 式和(16) 式可得
|Aun(un-u)-Au(un-u)|→0 n→∞
下面由Simon不等式讨论强收敛性.
当p≥2时,令n→∞,则
当1<p<2时,令n→∞,则
其中C是正常数,Cp和
${{\tilde C}_p} $ 是Simon不等式中只依赖于p的常数.则由(17) 式和(18) 式可知‖un-u‖pW0→0 n→∞
综上所述,可知I满足(PS)条件.
根据对称山路引理可知方程(1) 存在无穷多个弱解.
Existence of Infinitely Many Solutions for a Class of Kirchhoff-Type Problems Involving the Fractional p-Laplacian
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摘要: 利用对称山路引理研究带有超线性非线性项的Kirchhoff型分数阶p-拉普拉斯方程,获得了该方程无穷个解的存在性.
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关键词:
- Kirchhoff型方程 /
- 分数阶p-拉普拉斯 /
- 无穷个解 /
- 对称山路引理
Abstract: In this article, the existence of infinitely many solutions for Kirchhoff problems involving the fractional p-Laplacian with superlinear nonlinearity are obtained by using the symmetric mountain pass theorem. -
[1] XIANG M Q, ZHANG B L, GUO X Y. Infinitely Many Solutions for a Fractional Kirchhoff Type Problem Via Fountain Theorem[J]. Nonlinear Anal, 2015, 120: 299-313. doi: 10.1016/j.na.2015.03.015 [2] doi: https://www.researchgate.net/publication/309138389_Nontrivial_solutions_for_a_fractional_p_-Laplacian_problem_via_Rabier_Theorem XIANG M Q, GIOVANNI M B, TIAN G H, et al. Infinitely Many Solutions for the Stationary Kirchhoff Problems Involving the Fractional p-Laplacian[J]. J Differential Equations, 2016, 29: 357-374. [3] XIANG M Q, ZHANG B L, MASSIMILIANO F. Existence of Solutions for Kirchhoff Type Problem Involving the Non-Local Fractional p-Laplacian[J]. J Math Anal Appl, 2015, 424: 1021-1041. doi: 10.1016/j.jmaa.2014.11.055 [4] RABINOWITZ P H. Minmax Methods in Critical Piont Theory with Applications to Differential Equations[M]. Providence RI: American Mathmetical Society, 1985: 1-6. [5] MARCO D, SERGIO L. Linking Over Cones and Nontrivial Solutions for p-Laplace Equations with p-Superlinear Nonlinearity[J]. Ann Inst H Poincaré Anal Non Linéaire, 2007, 24: 907-919. doi: 10.1016/j.anihpc.2006.06.007 [6] 刘芮琪, 吴行平, 唐春雷.高维空间中一类奇异Kirchhoff型问题正解的存在性[J].西南大学学报(自然科学版), 2016, 38(4): 67-71. doi: http://xbgjxt.swu.edu.cn/jsuns/jsuns/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201604010&flag=1
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