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目前已有很多文献从不同角度对Ginzburg-Landau方程进行了研究[1-3].本文参考文献[2],首先引入参数动力系统,定义了具有参数的方程所决定的动力过程Φ,针对这个动力过程,证明随机吸收集的存在性,再证明Φ的拉回渐进紧性,从而证明了在Wong-Zakai逼近意义下,非线性随机Ginzburg-Landau方程
$\mathscr{D}$ -拉回吸引子的存在性.
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本节参考文献[3],将引入具有参数的随机动力过程及其拉回吸引子的相关概念.设(Ω,
$\mathscr{F}$ ,P)是一个随机空间,θt:$\mathbb{R}$ ×Ω→Ω是一个($\mathscr{B}$ ($\mathbb{R}$ )×$\mathscr{F}$ ,$\mathscr{F}$ )可测映射,使得θt(0,·)是Ω上的恒等映射,且对任意的t,s∈$\mathbb{R}$ ,满足θt(s+t,·)=θt(t,·)∘θt(s,·).定义1 令(Ω,
$\mathscr{F}$ ,P,{θt}t∈$\mathbb{R}$ )是参数动力系统,如果映射Φ:$\mathbb{R}$ +×$\mathbb{R}$ ×Ω×X→X,对任意ω∈Ω,τ∈$\mathbb{R}$ 及t,s∈$\mathbb{R}$ +,满足条件:(ⅰ) Φ(·,τ,·,·):
$\mathbb{R}$ +×Ω×X→X是($\mathscr{B}$ ($\mathbb{R}$ +)×$\mathscr{F}$ ×$\mathscr{B}$ (X),$\mathscr{B}$ (X))可测;(ⅱ) Φ(0,τ,ω,·)是X上的恒等映射;
(ⅲ) Φ(t+s,τ,ω,·)=Φ(t,τ+s,θsω,·)∘Φ(s,τ,ω,·);
(ⅳ) Φ(t,τ,ω,·):X→X是连续的,
则称映射Φ是关于(Ω,
$\mathscr{F}$ ,P,{θt}t∈$\mathbb{R}$ )的连续动力过程.定义2 令
$\mathscr{T}$ 为X的所有有界非空子集族的集合,假设K={K(τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{T}$ .如果存在T=T(D,τ,ω)>0,当t≥T时,对任意τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω及D∈$\mathscr{T}$ ,满足:则称K为关于Φ的
$\mathscr{T}$ -拉回吸收集.另外,如果∀τ∈
$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω,K(τ,ω)是X的非空闭子集,K在Ω中关于$\mathscr{F}$ 可测,则称K为Φ的闭可测$\mathscr{T}$ -拉回吸收集.定义3 如果
$\mathscr{A}$ ={$\mathscr{A}$ (τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{T}$ ,满足:(ⅰ)
$\mathscr{A}$ 在Ω中关于$\mathscr{F}$ 是可测的,并且对任意的ω∈Ω,$\mathscr{A}$ 在X中是紧的.(ⅱ)
$\mathscr{A}$ 关于Φ是不变的.即对任意的t≥0,Φ(t,τ,ω,$\mathscr{A}$ (τ,ω))=$\mathscr{A}$ (τ+t,θtω).(ⅲ)
$\mathscr{A}$ 吸引$\mathscr{T}$ 中的每个元素:对于每个D∈$\mathscr{T}$ ,则称
$\mathscr{A}$ 是Φ的$\mathscr{T}$ -拉回吸引子.其中,$ {{d}_{X}}\left(A, B \right)=\underset{a\in A}{\mathop{\text{sup}}}\, \ \underset{b\in B}{\mathop{\text{inf}}}\, \|a-b{{\|}_{X}}$ 是Hausdorff-半距离.
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设
$\mathscr{O}$ 是$\mathbb{R}$ n中的有界光滑区域,其中n=1,2.令τ,δ∈$\mathbb{R}$ 且δ≠0.下面考虑如下的非线性Ginzburg-Landau方程:其中未知量u是一个复值函数,λ,γ,κ>0,μ(·)∈
$\mathscr{C}$ ($\mathbb{R}$ ,$\mathbb{R}$ ),β(·)∈$\mathscr{C}$ b($\mathbb{R}$ ,$\mathbb{R}$ ),g∈Lloc2($\mathbb{R}$ ,L2($\mathscr{O}$ )).当δ≠0时,随机变量
$\mathscr{G}$ δ定义为:存在一个θt不变量集Ω⊆
$\mathit{\widetilde{\Omega }}$ ,对于每个ω∈$\mathit{\widetilde{\Omega }}$ ,有因此由(2)式可得
由参考文献[3]、方程(4)以及ω的连续性可知,对于任意t∈
$\mathbb{R}$ ,满足:方程(1)是含有参数ω∈Ω的确定性方程.由文献[5]可知,如果(2)-(4)式满足,则对∀ω∈Ω,τ∈
$\mathbb{R}$ 和uτ∈L2($\mathscr{O}$ ),方程(1)存在唯一的解u(·,τ,ω,uτ)∈C([τ,∞),L2($\mathscr{O}$ ))∩Lloc2([τ,∞),H01($\mathscr{O}$ )).由此可以定义一个协循环Φ:$\mathbb{R}$ +×$\mathbb{R}$ ×Ω×L2($\mathscr{O}$ )→L2($\mathscr{O}$ ),使得∀t∈$\mathbb{R}$ +,τ∈$\mathbb{R}$ 和ω∈Ω,uτ∈L2($\mathscr{O}$ )满足由定义1可知Φ是L2(
$\mathscr{O}$ )上关于(Ω,$\mathscr{F}$ ,P,{θt}t∈$\mathbb{R}$ )的连续协循环.定义
$\mathscr{D}$ 为L2($\mathscr{O}$ )的所有有界非空子集族的集合,即$\mathscr{D}$ ={D={D(τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}},∀c>0,τ∈$\mathbb{R}$ 和ω∈Ω,其中
则D为缓增族.如果
$\mathscr{D}$ 的所有元素为缓增的,则称$\mathscr{D}$ 为缓增的.本文中我们假设外力项g满足如下条件:存在常数α>0,使得
当证明缓增拉回吸收集存在时,需要假设:存在常数α>0,对任意c>0,
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本节将对方程(1)的解在L2(
$\mathscr{O}$ )空间上进行一致性估计.引理1 对于τ∈
$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω以及D={D(τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{D}$ ,存在T=T(τ,ω,D)>0,使得对于∀t≥T,方程(1)中的u满足:证 将方程(1)与u的共轭u在
$\mathscr{O}$ 上作内积并且取实部,可得对(12)式右边第二项估计,可得
对(12)式右边第三项和第四项估计,可得
由(13),(14)式可知,
综上可得
在(16)式两边乘以eαt,在(τ-t,τ)上积分,其中τ≥r,ω∈Ω,令θ-τω替代ω可得
由(4),(5),(7)式可知,对于uτ-t∈D(τ-t,θ-tω),D∈
$\mathscr{D}$ ,当t→∞时有故存在T=T(τ,ω,D)>0,使得对∀t≥T,
结合(17),(18)式,可知(10)式成立.
另一方面,结合(17),(18)式,对(16)式在(τ-t,τ)上运用Gronwall不等式,并令θ-τω替代ω可得
则引理1得证.
推论1 假设(8),(9)式成立,则连续协循环Φ具有一个闭的、可测的
$\mathscr{D}$ -拉回吸引集K={K(τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{D}$ .对∀τ∈$\mathbb{R}$ 以及ω∈Ω,K定义为其中
证 对给定的τ∈
$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω及D∈$\mathscr{D}$ ,由定义2和引理1知,存在T=T(τ,ω,D)>0,使得对任意t≥T,令P是任意正数,
对(22)式右边第一项估计,令N=min{P,α},对任意的t≤0,可得
通过(3),(4)式,可得
因此
结合(10)式,对(22)式右边第二项估计,可得
结合(24),(25)式,对于任意的P>0,可得
因此K(τ,ω)在空间L2(
$\mathscr{O}$ )上是缓增的.另外,对∀τ∈$\mathbb{R}$ ,L(τ,·):Ω→$\mathbb{R}$ 是可测的.引理2 存在随机半径R2(τ,ω):假设(8),(9)式成立,对∀τ∈
$\mathbb{R}$ 和ω∈Ω,D={D(τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{D}$ ,存在T=T(τ,ω,D)>0,使得对∀t≥T,满足证 由引理1,存在T=T(τ,ω,D)≥1,对∀t≥T,
令
根据eαs≥eατe-α,对所有的s≥τ-1,引理2成立.
引理3 存在随机半径R3(τ,ω):对于τ∈
$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω以及D={D(τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{D}$ ,存在T=T(τ,ω,D)>0,使得对于∀t≥T,$\exists $ ε>0,σ∈$\mathbb{R}$ ,满足证 对于所有的t≥T,将方程(1)与-Δu在
$\mathscr{O}$ 上作内积并且取实部,可得根据Young不等式可知
再根据Sobolev嵌入定理和内插不等式可知,对任意的u∈H10(
$\mathscr{O}$ ),则对(30)式右边第二项估计,可得
综上可知
任给t≥0,τ∈
$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω,取s∈(τ-1,τ),在区间(τ-1,τ)上运用Gronwall不等式,并将ω替换成θ-τω,可得其中,结合(3),(4)式以及文献[4]可知,存在ε>0,σ∈
$\mathbb{R}$ ,h<0,使得$|\int_{0}^{0}{{{\mathscr{G}}_{\delta }}({{\theta }_{\sigma }}\omega)\text{d}\sigma }|\le -\varepsilon h+{{C}_{\sigma }}(\omega)$ 成立.由引理1、引理2和(9)式可得
成立.令
从而引理3成立.
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定理1 假设(8),(9)式成立,则协循环Φ在L2(
$\mathscr{O}$ )上有唯一的$\mathscr{D}$ -拉回吸引子$\mathscr{A}$ ={$\mathscr{A}$ (τ,ω):τ∈$\mathbb{R}$ ,ω∈Ω}∈$\mathscr{D}$ .证 由引理1可知,Φ有一闭的、可测的
$\mathscr{D}$ -拉回吸收集K,由引理3可知,Φ在L2($\mathscr{O}$ )上有一个紧的吸收集.因此,由文献[5]吸引子的存在性结论,可得协循环Φ存在$\mathscr{D}$ -拉回吸引子.