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含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破

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高云龙, 林荣瑞, 佘连兵. 含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2020, 45(12): 20-27. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.12.005
引用本文: 高云龙, 林荣瑞, 佘连兵. 含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2020, 45(12): 20-27. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.12.005
GAO Yun-long, LIN Rong-rui, SHE Lian-bing. On Blow-up of Solutions for a Class Logarithmic Nonlinear Wave Equation with Double Memory and Delay Terms[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2020, 45(12): 20-27. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.12.005
Citation: GAO Yun-long, LIN Rong-rui, SHE Lian-bing. On Blow-up of Solutions for a Class Logarithmic Nonlinear Wave Equation with Double Memory and Delay Terms[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2020, 45(12): 20-27. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2020.12.005

含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破

  • 基金项目: 贵州省教育厅自然科学基金项目(KY[2019]139,KY[2019]143);贵州省科学技术基金项目([2020]1Y007);六盘水师范学院校级项目(LPSSYKJTD201907)
详细信息
    作者简介:

    高云龙(1991-),男,助教,主要从事非线性偏微分方程的研究 .

    通讯作者: 佘连兵,副教授
  • 中图分类号: O175.29

On Blow-up of Solutions for a Class Logarithmic Nonlinear Wave Equation with Double Memory and Delay Terms

  • 摘要: 考虑一类含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破性.在一定假设条件下,利用凸性方法证明了当初始能量函数E(0) < 0时,方程的能量解在有限时刻爆破.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-08
  • 刊出日期:  2020-12-20

含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破

    通讯作者: 佘连兵,副教授
    作者简介: 高云龙(1991-),男,助教,主要从事非线性偏微分方程的研究
  • 六盘水师范学院 数学与计算机科学学院,贵州 六盘水 553004
基金项目:  贵州省教育厅自然科学基金项目(KY[2019]139,KY[2019]143);贵州省科学技术基金项目([2020]1Y007);六盘水师范学院校级项目(LPSSYKJTD201907)

摘要: 考虑一类含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破性.在一定假设条件下,利用凸性方法证明了当初始能量函数E(0) < 0时,方程的能量解在有限时刻爆破.

English Abstract

  • 近年来,非线性波动方程受到许多学者的关注,其主要研究为局部或全局解的存在性、唯一性、能量衰退以及解的爆破性质等[1-10].当波动方程没有非线性项,且α=0,g1=0,γ=0时,文献[1]通过建立Lyapunov函数证明了其能量解满足指数衰退.当p=2且不考虑线性延迟弱阻尼项时,文献[2]在一定假设条件下,证明了方程的能量解满足指数型衰减.当非线性波动方程含有强延迟阻尼和非线性项时,在$ \int_0^t {g\left( s \right){\rm{d}}s < \frac{{{p^2}}}{{{p^2} + 1}}} $E(0) < 0的假设条件下,文献[3]证明了解在有限时间点爆破.在没有记忆项,且非线性项不是对数形式时,文献[9]也证明了解在有限时间点爆破.文献[4]在方程不含强阻尼和双记忆项,且非线性项是对数形式的条件下,证明了其存在局部解

    并进一步利用凸性方法得到能量解在有限时间点爆破.关于爆破性质的研究可参考文献[5-14].

    受到以上工作的启发,将研究以下含双记忆和时滞项的非线性粘弹性对数波动方程解的爆破性:

    其中$ \mathit{\Omega} \in {{\mathbb{R}}^{n}}\left( n=1, 2, 3 \right) $,函数$ M\left( \parallel \nabla u{{\parallel }^{2}} \right)={{\xi }_{0}}+{{\xi }_{1}}\parallel \nabla u{{\parallel }^{2q}} $,系数lαβγqk是非负实数,记忆项g1g2满足的条件将在后文给出,方程(1)中的卷积定义为

    通过构造凸函数,利用凸性方法证明了当初始能量小于0时,方程(1)的解在有限时间点的爆破性.证明过程中将双记忆项和非线性对数项考虑在同一系统中,克服了处理非线性对数项的难度,推广了现有的研究结果.

  • 文中所讨论的函数空间为Sobolev空间H2(Ω)和一般赋范空间Lp(Ω)(p≥2). Lp(Ω)空间的范数和内积分别记为

    特别地,当p=2时,记‖·‖=‖·‖L2(Ω).因此,方程(1)的解空间记为

    方程(1)中g1g2p的假设条件参考文献[5]给出:

    (A1) $ {{g}_{1}}:{{\mathbb{R}}_{+}}\to {{\mathbb{R}}_{+}} 和 {{g}_{2}}:{{\mathbb{R}}_{+}}\to {{\mathbb{R}}_{+}} $都是有界函数,且满足

    (A2) 存在正常数α1α2α3η1以及η2,使得

    (A3) 当n≤4时,2 < p < +∞;当n≥5时,$ 2<p\le \frac{2n-4}{n-4} $.

    类似文献[4]的方法对方程(1)进行变换,引入新变量

    故有

    则方程(1)可化为

    由卷积的定义可得以下引理:

    引理1[5]   对于任意的$ g, \phi \in \left( \left[ 0, \left. +\infty \right), \mathbb{R} \right. \right) $,有

    其中

    类似文献[4]中定理2.2和文献[5]中定理2的证明可得下列局部解的存在性定理:

    定理1   若条件(A1)-(A3)成立,则当$ {{\mu }_{1}}>\frac{|{{\mu }_{2}}|}{2} 时 , \forall \left( {{u}_{0}}\left( x \right), {{u}_{1}}\left( x \right), {{f}_{0}}\left( x, -\rho \tau \right) \right)\in \mathscr{H} $,总存在T>0,使得方程(2)具有唯一局部解u(xt),且满足

  • 为了证明以下引理和解的爆破定理,对于方程(2)的任意一个解,定义能量函数为

    其中

    则初始能量函数为

    引理2   若(u(xt),z(xρt))是方程(2)的解,则能量函数E(t)是单调递减的,且存在常数$ 0 <{{C}_{1}}\le \frac{\zeta }{2\tau }-\frac{|{{\mu }_{2}}|}{2} $,使能量函数(3)满足

      将方程(2)中第一个方程两端同时乘以ut,并在Ω上进行分部积分,再运用引理1,可得

    ζz(xρt)乘方程(2)中的第二个方程,并在Ω×(0,1)上积分,有

    对(7)式中等号右边最后一项采用Young不等式,并与(8)式相加,可得

    再由条件(A1)-(A2)和(4)式知E(t)是单调递减的,且存在$ 0 <{{C}_{1}}\le \frac{\zeta }{2\tau }-\frac{|{{\mu }_{2}}|}{2} $,使得(6)式成立.

    定理2   若条件(A1)-(A2),(3),(4)式以及初始能量函数

    成立,且:

    (ⅰ)当n≤4时,

    (ⅱ)当n≥5时,

    则方程(2)的解在有限时间点处爆破.

      首先定义函数

    由(6)式知

    所以

    根据条件(A1)-(A2),进一步得

    其中

    G(t)求导,可得

    分别对(13)式中第二个等号右边的第五、六、八项用Young不等式,可得

    将(14),(15),(16)式代入(13)式中,得

    任取满足如下条件的正实数a

    在(17)式不等号右边加上p(1-a)(H(t)+E(t)),再由(6)式和(10)式,可得

    选择合适的δ0δ1以及充分大的N>0,使得

    因此,(19)式化简为

    再由(11),(12)式,运用文献[4]的推理3.1、引理3.2,可得

    因此

    L(t)求导,并将(3),(22)式代入,得

    取充分大的N,及足够小的ε,使得

    根据θa的取值范围和条件(A3),存在C>0,可将(23)式化为

    根据不等式(a+b)p≤2p-1(ap+bp)(其中a>0,b>0,p≥1),有

    利用Hölder不等式、Young不等式、嵌入$ {{L}^{p}}\left( \Omega \right)\circlearrowleft {{L}^{l+2}}\left( \Omega \right) $以及$ \theta <\frac{p-\left( l+2 \right)}{p\left( l+2 \right)} $,有

    由Young不等式,$ 0 <\theta <\frac{q}{2\left( 1+q \right)}<\frac{p-2}{2p} $以及(11)式,得

    同理可得

    利用Young不等式及(29)式,有

    将(28)-(30)式代入(26)式,并化简,得

    最后由(24),(31)式可得,存在Λ>0使得

    对(32)式在(0,t)上积分,有

    从而由L(0)>0以及(33)式知$ \mathop {\lim }\limits_{t \to {T^*}} {\mkern 1mu} L\left( t \right) = + \infty $,其中$ {{T}^{*}}\le \frac{\theta }{1-\theta }\mathit{\Lambda} {{L}^{-\frac{\theta }{1-\theta }}}\left( 0 \right) $.

参考文献 (14)

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