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其中K是
$ \mathbb{R} $ m的一个非空闭凸子集,Ω≡[0,T]×$ \mathbb{R} $ n,(f,B,G):Ω→$ \mathbb{R} $ n×$ \mathbb{R} $ n×m×$ \mathbb{R} $ m和S:$ \mathbb{R} $ m→$ \mathbb{R} $ m是两个函数.在某些条件下,文献[1]得到了不等式(1)的Caratheodory弱解的存在性.文献[9-10]将不等式(1)推广到了分数阶的情形,其数学表达式为
其中x(t)∈
$ \mathbb{R} $ n,u(t)∈K,0≤δ<1,I1=[0,T],CDtδ是分数阶导数的表示符号,F是一个从I1×$ \mathbb{R} $ n到Kv($ \mathbb{R} $ n)的满足一定条件的映射,Kv($ \mathbb{R} $ n)在文中有定义,B是一个从I1×$ \mathbb{R} $ n到$ \mathbb{R} $ n×m的满足一定条件的映射,G是从I1×$ \mathbb{R} $ n到$ \mathbb{R} $ m的满足一定条件的映射,Q是从K到$ \mathbb{R} $ m的满足一定条件的映射.本文把δ的研究范围改成(1,2],再把(2)式中的变分不等式推广到更一般的混合变分不等式,得到的新的这类带有参数δ∈[1,2)的分数阶混合可微变分不等式为
其中x(t)∈
$ \mathbb{R} $ n,u(t)∈K,1≤δ<2,I=[0,h],CDtδ是分数阶导数的表示符号,F,B,G和Q这4个映射的定义与(2)式中的定义是相同的,φ是一个从$ \mathbb{R} $ m到(-∞,+∞]的真凸下半连续函数.
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设X是度量空间,E是Banach空间.
定义1 对于一个集值算子M:X→P(E),
(a) 如果对E的任一闭子集V,M-1(V)={x∈X:M(x)∩V≠∅}是X的闭子集,则称M是上半连续的;
(b) 如果对E的任一弱闭子集V,M-1(V)={x∈X:M(x)∩V≠∅}是X的闭子集,则称M是弱上半连续的;
(c) 如果图ΓM={(y,z):z∈M(y)}是X×E的闭子集,则称M是闭的;
(d) 如果M是上半连续的且对X里的每个有界集Ω,M(Ω)是E里的相对紧集,则称M是完备上半连续的;
(e) 如果对X的任一紧子集Ω,M(Ω)是E里的相对紧集,则称M是拟紧的.
引理1[3] 如果M:X→P(E)是一个闭的和拟紧的集值算子,则M是上半连续的.
引理2 设E是Banach空间,Ω是另外一个Banach空间的非空子集,如果N:Ω→P(E)是一个映射到弱紧且凸集的集值算子,则N是弱上半连续的当且仅当条件{xn}⊂Ω,xn→x0∈Ω和yn∈N(xn)能够推出{yn}存在一个子序列弱收敛于y0,其中y0∈N(x0).
引理3[3] 设Μ是E的有界闭凸子集,再设Τ:M→Kv(M)是一个完备的上半连续集值映射,则Fix(T)={x: x∈T(x)}是非空的紧子集.
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在这一部分,我们来分析和研究(3)式的解的存在性.
定义2[7] 对于一个函数x:[0,+∞)→
$ \mathbb{R} $ n,它的Caputo导数CDtδx(t)被定义成其中
$ \mathit{\Gamma}(2-\delta)=\int_{0}^{+\infty} \mathrm{e}^{-t} t^{1-\delta} \mathrm{d} t$ ,符号Γ表示伽玛函数.定义3[9] 对于函数φ:
$ \mathbb{R} $ m→(-∞,+∞],如果φ满足下面两个条件:(a)
$\forall x\in {{\mathbb{R}}^{m}}, \varphi (x)\le \underset{y\to x}{\mathop{\lim \inf }}\, \varphi (y)$ ;(b)
$\forall r\in \mathbb{R}, {{V}_{r}}=\left\{ x\in {{\mathbb{R}}^{m}}:\varphi (x)>r \right\}$ 是$ \mathbb{R} $ m中的一个开子集.则称φ是下半连续的.
为了得到(3)式解的存在性,我们需要下面6个假设成立:
(F1) F:I×
$ \mathbb{R} $ n→Kv($ \mathbb{R} $ n)是上半Carathéodory集值映射,等价于说对∀v∈$ \mathbb{R} $ n,集值映射F(·,v):I→Kv($ \mathbb{R} $ n)确定了一个可测选择,且对几乎处处t∈I,集值映射F(t,·):$ \mathbb{R} $ n→Kv($ \mathbb{R} $ n)是上半连续的;(F2) 对于函数F:I×
$ \mathbb{R} $ n→Kv($ \mathbb{R} $ n),存在非减的连续函数ΨF:$ \mathbb{R} $ →$ \mathbb{R} $ 和函数ηF∈Lp(I,$ \mathbb{R} $ ),使得其中p是大于
$ \frac{1}{\delta}$ 的正整数;(B) B:I×
$ \mathbb{R} $ n→$ \mathbb{R} $ n×m是连续函数,满足其中ηB是正数;
(G) 对于连续函数G:I×
$ \mathbb{R} $ n→$ \mathbb{R} $ m,存在非减的连续函数ΨG:$ \mathbb{R} $ →$ \mathbb{R} $ 和函数ηG∈Lp(I,$ \mathbb{R} $ ),使得(Q) Q:K→
$ \mathbb{R} $ m是满足下面两个条件的连续函数:(Q1) Q在K上是单调的,也即是说
(Q2) 存在v0∈K,使得
(Φ)函数φ:
$ \mathbb{R} $ m→(-∞,+∞]是真凸下半连续函数.从条件(F1)和(F2),我们可以推出从C(I,
$ \mathbb{R} $ n)映射到P(Lp(I,$ \mathbb{R} $ n))的集值映射是闭的,其中P(Lp(I,
$ \mathbb{R} $ n))表示Lp(I,$ \mathbb{R} $ n)的所有子集组成的集合.定义4 (3)式的一个解x∈C(I,
$ \mathbb{R} $ n)是指存在一个可积函数u:I→K和函数f∈PFp(x),满足对于一个函数Q:K→
$ \mathbb{R} $ m,我们定义SOL(K,Q,φ)为引理4[9] 如果条件(Q)和条件(Φ)满足,则对于每一个z∈
$ \mathbb{R} $ m,解集SOL(K,z+Q(·),φ)是非空的闭凸集,且存在正数ηQ满足为了解决(3)式,设
再定义Φ:I×
$ \mathbb{R} $ n→P($ \mathbb{R} $ n)为则可以把上面的(3)式转化为
为了解决(7)式,引入集值映射Σ:C(I,
$ \mathbb{R} $ n)→P(C(I,$ \mathbb{R} $ n))为则x∈C(I,
$ \mathbb{R} $ n)是(7)式的解等价于说x是集值映射Σ的不动点.引理5 在条件(F1),(F2),(B),(G),(Q)和(Φ)的假设下,PFp和PΦp是弱上半连续的.
证 当条件(Q)和条件(Φ)满足时,不等式(5)成立,剩下的证明过程与文献[2]中引理3.5的证明过程是一样的.
设从Lp(I,
$ \mathbb{R} $ n)到C(I,$ \mathbb{R} $ n)的映射W为定理1 映射W是完备连续的.
证 证明与文献[2]中相应结论的证明过程类似.
定理2 (8)式的算子Σ是完备上半连续的.
证 证明与文献[2]中相应结论的证明过程类似.
定理3 假设(F1),(F2),(B),(G),(Q)和(Φ)这6个条件成立.如果
其中I=[0,h],则(7)式至少有一个解.
证 依据定理2,Σ是完备上半连续的.为了利用引理3,我们还需证明集合C(I,
$ \mathbb{R} $ n)中任意一个以原点为圆心,$ \mathbb{R} $ ($ \mathbb{R} $ >0)为半径的球B$ \mathbb{R} $ 都满足Σ(B$ \mathbb{R} $ )⊂B$ \mathbb{R} $ .利用反证法,假设在C(I,$ \mathbb{R} $ n)里存在一个序列{xk}满足‖xk‖C≤k,yk∈Σ(xk),‖yk‖C>k对∀k∈$ \mathbb{N} $ +都成立,此时根据集值映射Σ的定义,可知存在fk∈PFp(xk)和gk∈PΦp(xk),满足
对∀t∈I,因为
所以
所以
所以依据(10)式,我们有
这与前面的假设是矛盾的.定理3得证.