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临界问题在全空间上的无穷多解

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朱道宇, 王跃, 储昌木, 等. 临界问题在全空间上的无穷多解[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2020, 45(4): 21-24. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.04.005
引用本文: 朱道宇, 王跃, 储昌木, 等. 临界问题在全空间上的无穷多解[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2020, 45(4): 21-24. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.04.005
Dao-yu ZHU, Yue WANG, Chang-mu CHU, et al. Infinitely Many Solutions for Critical Problem on Whole Space[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2020, 45(4): 21-24. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.04.005
Citation: Dao-yu ZHU, Yue WANG, Chang-mu CHU, et al. Infinitely Many Solutions for Critical Problem on Whole Space[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2020, 45(4): 21-24. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.04.005

临界问题在全空间上的无穷多解

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(11861021, 11661021);贵州省教育厅基金项目(黔教合KY字[2016]029)
详细信息
    作者简介:

    朱道宇(1982-), 女, 讲师, 主要从事微分方程的研究 .

    通讯作者: 储昌木, 教授; 
  • 中图分类号: O175.23

Infinitely Many Solutions for Critical Problem on Whole Space

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-10
  • 刊出日期:  2020-04-20

临界问题在全空间上的无穷多解

    通讯作者: 储昌木, 教授; 
    作者简介: 朱道宇(1982-), 女, 讲师, 主要从事微分方程的研究
  • 1. 贵州民族大学 数据科学与信息工程学院, 贵阳 550025
  • 2. 贵州大学 数学与统计学院, 贵阳 550025
基金项目:  国家自然科学基金项目(11861021, 11661021);贵州省教育厅基金项目(黔教合KY字[2016]029)

摘要: 研究了全空间上一类临界增长的非局部问题古典解的存在性,通过特殊函数法,给出该问题无穷多古典正解的表达式,推广并丰富了已有文献的结果.

English Abstract

  • 考虑如下非局部问题:

    已有大量文献描述了当ab≥0且a+b>0,g(xu)是二元连续函数,且Ω取不同情形时包含不同边界条件的方程(1)的经典结果[1-8].方程(1)因为含有∫Ω|∇u|2dx而被叫作非局部Kirchhoff方程.这种问题的研究与下面的模型有关:

    作为d'Alembert波动方程的推广,该模型由文献[9]首次提出,主要描述了ǫ,hp0EL均为正时弹性弦的横向振动.当描述某一时刻弦所处的位置与空间的关系时可以转化为方程(1)的解.近几年,有不少文献研究了当a>0>b时方程(1)解的存在性.文献[10-11]考虑了方程

    解的存在性和多重性,其中常数a>0>bμ是非负参数,f(x)是连续函数.利用变分方法中的山路引理和Ekeland变分原理,获得了当$f\left( x \right)\in {{L}^{\frac{4}{3}}}({{\mathbb{R}}^{4}})$是一个几乎处处大于0的函数,并且μ>0适当小时该方程至少存在2个正解.特别地,当μ=0时,通过特殊函数法获得了无穷多古典解.文献[11]首次指出了:当a>0>b时,方程(1)是负模量的Kirchhoff问题.文献[10]对负模量的问题进行了深一步的阐述,这种问题的研究具有一定的价值.文献[2]在${{\mathbb{R}}^{3}}$上利用变分方法考虑含有Hardy-Sobolev临界指数的情形,当非线性项满足(AR)条件时,获得了正解的存在性.而对于定义在光滑有界区域$\mathit{\Omega }\in {{\mathbb{R}}^{N}}$上的0-Dirichlet问题,文献[3]利用临界点理论中的Ekeland变分原理和三解定理获得近共振情形下至少3个解的存在性.文献[4-6]利用变分方法研究了不同指数增长的情况,利用山路引理、Ekeland变分原理、扰动方法等获得了多重正解的存在性.

    受文献[1, 10-11]的启发,本文考虑如下临界增长的非局部问题:

    多个古典正解的存在性,其中N≥3,a>0,b>0,$\beta \in \mathbb{R}$,当β=0时,a>b${{2}^{*}}=\frac{2N}{N-2}$.

    定理 1  假设N≥3,a>0,b>0,那么对任意正实数β,方程(2)都有无穷多古典解;又当a>b>0,β=0时,方程(2)有无穷多古典解.

      在N(N≥3)维欧氏空间${{\mathbb{R}}^{N}}$上考虑临界增长的椭圆型方程

    方程(3)有一族古典解可以表述为

    其中ε是任意的正数,并且由于ε的任意性,使得方程(3)有无穷多解uεD1,2(${{\mathbb{R}}^{N}}$).

    S为嵌入D1,2(${{\mathbb{R}}^{N}}$)L2*(${{\mathbb{R}}^{N}}$)的最佳常数,即

    根据文献[12]所述,对任意的ε>0,上述的uε都能使S取到.因此可以算得

    对任意的λ>0,令${{v}_{{{\lambda }_{\varepsilon }}}}={{\lambda }^{\frac{N-2}{4}}}{{u}_{\varepsilon }}$,则${{u}_{\varepsilon }}={{\lambda }^{\frac{2-N}{4}}}{{v}_{{{\lambda }_{\varepsilon }}}}$,因此$-\lambda \Delta {{v}_{\lambda \varepsilon }}=v_{\lambda \varepsilon }^{\frac{N+2}{N-2}}$.可以得出,当N≥3时,对任意给定的λ>0,方程

    有一族古典解可以表述为

    再根据ε>0的任意性可得出uλε有无穷多个.根据(5)式可以得出

    现对λ∈(0,a),考虑方程

    N≥3时,方程(8)在区间(0,a)中的解等价于如下定义的函数φ(λ)的零点:

    显然,当β≥0时,φC1([0,a],$\mathbb{R}$),并且

    因此,根据连续函数的零点存在定理可知函数φ(λ)在区间(0,a)中必然存在至少1个零点λ=λ[abNSβ],亦即方程(8)存在解λ[abNSβ]∈(0,a),使得

    另外,根据(6)-(7)式可知

    有一族古典解可以表述为

    因此有

    从而根据ε>0的任意性得:方程(2)有无穷多个形如(10)式的解.

    推论 1  假设N≥3,a>0,b>0,那么对任意实数β < 0,当满足

    时,方程(2)有无穷多古典解.

      类似β≥0时的情形,只需证明φ(λ)有零点.当β < 0时,有

    φ′(λ)=0时φ(λ)有最小值点λ=λ*,此时

    根据(11)式可得出

    再根据(9)式可知φ(λ)在(λ*a)上有零点.故方程(2)有无穷多古典解.

    下面给出几个具体例子:

    例1  当N≥3,a>b>0且β=0时,方程(2)变为如下方程:

    此时λ[abNSβ]=a-b,该方程有无穷多解可以表述为

    例2  当N=3,a>0,b>0且β=1时,方程(8)的解是$\lambda =\left( \frac{\sqrt{{{b}^{2}}{{S}^{3}}+4a}-b{{S}^{\frac{3}{2}~}}}{2} \right){{~}^{2}}$.因此

    满足方程

    例 3  当N≥3,a>0,b>0且$\beta =\frac{2}{N-2}$时,方程(8)的解是$\lambda =\frac{a}{b{{S}^{\frac{N}{N-2}}}+1}$.因此

    满足方程

    例4当N≥3,b>0且$\beta =\frac{2}{N-2}<0$时,存在$M=2\sqrt{b}{{S}^{\frac{N}{2(2-N)}}}>0$,当aM时,方程(8)的解是$\lambda =\frac{1}{2}\left[ a\pm {{\left( {{a}^{2}}-4b{{S}^{\frac{N}{2-N}}} \right)}^{\frac{1}{2}}} \right]$.因此

    满足方程

参考文献 (12)

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