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由文献[1]知非自治动力系统所产生的拉回吸引子A={A(t)}t∈
$ \mathbb{R}$ 是一时间依赖的,紧的,不变的和拉回吸引的一个集族,即对∀t∈$ \mathbb{R}$ ,A(t)是紧的,不变的和拉回吸引的,但这类研究没有体现非自治动力系统关于时间依赖的独特性,因此在本文中我们将研究拉回吸引子在过去的时间内的并(即$ \bigcup\limits_{\mathit{s}\le \mathit{t}}{\mathit{\boldsymbol{A}}\left( \mathit{s} \right)}$ )的紧性,我们称之为拉回吸引子A的后项紧性.目前仅有文献[2]对拉回吸引子的后项紧性进行了研究,并且文献[2]已经建立了完善的存在性理论,我们将用这一理论证明非自治项的Kuramoto-Sivashinsky方程有一个唯一的后项紧的拉回吸引子.
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定义1 若定义在Banach空间X上的一族映射S(t,s):X→X,∀t≥s满足对于任意的t≥r≥s有S(s,s)=idx,S(t,s)=S(t,r)S(r,s),则称S(·,·)是一个非自治的过程.
定义2 设A={ A(t)}t∈
$ \mathbb{R}$ 是Banach空间X中的一个非自治集,若对任意的t∈$ \mathbb{R}$ ,$ \overline{\bigcup\limits_{\mathit{s}\le \mathit{t}}{\mathit{\boldsymbol{A}}\left( \mathit{s} \right)}}$ 是紧的,则称A在X中是后项紧的.若对任意的t1,t2∈$ \mathbb{R}$ ,当t1≤t2时,有A(t1)⊂A(t2),则称A是单调递增的.定义3 设S(·,·)和A={ A(t)}t∈
$ \mathbb{R}$ 分别是定义在Banach空间X上的一个非自治过程和非自治集,若满足:(ⅰ) A是后项紧的,即对∀t∈
$ \mathbb{R}$ ,$ \overline{\bigcup\limits_{\mathit{s}\le \mathit{t}}{\mathit{\boldsymbol{A}}\left( \mathit{s} \right)}}$ 在X中是紧的;(ⅱ) A是不变的,即S(t,τ)A(τ)=A(t),t≥τ;
(ⅲ) A是拉回吸引的,即对于X中每个有界集D,有
其中
$ \rm{dis}{{\rm{t}}_{\mathit{X}}}\left( \mathit{A}, \mathit{B} \right)=\underset{\mathit{a}\in \mathit{A}\ \mathit{b}\in \mathit{B}}{\mathop{\rm{supinf}}}\, {{\left\| \mathit{a}\rm{-}\mathit{b} \right\|}_{\mathit{X}}}$ 是Hausdorff-半距离,则称A是一个关于非自治过程S(·,·)的后项紧的拉回吸引子.下面我们引用文献[1]中的一个存在性定理:
定理1 设S(·,·)是定义在Banach空间X上的一个非自治过程.若满足
(ⅰ) S(·,·)在X上有一个单调递增的有界的闭的吸收集
$ \mathscr{K}={{\left\{ \mathscr{K}\left( \mathit{t} \right) \right\}}_{\mathit{t}\in \mathbb{R}}}$ ;(ⅱ) S(·,·)是后项渐进紧的:{S(sn,sn-τn)xn}n=1∞在X的拓扑下有一个收敛子列,这里,t∈
$ \mathbb{R}$ ,sn≤t,τn→+∞当n→+∞,xn是L2中的有界列;则S(·,·)有一个后项紧的拉回吸引子A={A(t)}t∈
$ \mathbb{R}$ ,其中
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讨论如下具有初边值条件的非自治的Kuramoto-Sivashinsky方程的后项紧的动力学行为
其中,
对于ν和非自治项g我们有如下假设:
(F0)
$ \mathit{\nu >}\frac{2}{{{\left( \frac{2\rm{ } \pi \rm{ }}{\mathit{l}} \right)}^{2}}}$ ;(F1) g∈Lloc2(
$ \mathbb{R}$ ,L2(Ω));(F2)外力项是后项λ-缓增有限的:
其中
下面我们给出本文所讨论的函数空间并定义相应的内积与范数,定义
下面分别定义在L和H上的内积与范数:
由文献[3]可知,由Galevkin逼近法,我们容易证明对于每一个u0∈L,s∈
$ \mathbb{R}$ ,K-S方程(2)在假设F1下是适定的,即使方程(2)有唯一的解u(·,s,u0)∈C([s,+∞),L)∩Lloc2([s,+∞),H),因此我们可以定义一个非自治过程S(·,·):L→L,即或
本文主要结论.
定理2 在L中,非自治的Kuramoto-Sivashinsky方程(2)在假设(F0)-(F2)下有一个单调递增的有界的吸收集
$ \mathscr{K}={{\left\{ \mathscr{K}\left( \mathit{t} \right) \right\}}_{\mathit{t}\in \mathbb{R}}}$ ,这里$ \mathscr{K}\left( \mathit{t} \right)$ 由(12)式给出,且有唯一的后项紧的拉回吸引子A={A(t)}t∈$ \mathbb{R}$ ,其中 -
这一小节将证明前面(4),(5)式中定义的过程S(·,·):L→L在假设(F0)-(F2)下有一个增的有界吸收集.
下面我们先给出在空间L上的一个后项估计.
引理1 若假设(F0)-(F2)成立,则对于每一个R>0和t∈
$ \mathbb{R}$ ,存在一个$ {{\mathit{\tau }}_{\rm{1}}}=\frac{\rm{ln}\ \mathit{R}}{\mathit{\alpha }}>0$ ,使得当τ≥τ1和u0∈N(0,R)⊂L时,有其中,
$ {{\mathit{C}}_{\rm{0}}}=\rm{min}\left( \frac{\mathit{\nu }}{2}, \frac{\mathit{\nu }}{2}{{\left( \frac{\rm{2 } \pi \rm{ }}{\mathit{L}} \right)}^{4}} \right)$ ,M(t)是一个关于时间t的有限的增函数,证 让方程(2)与u在L上作内积并注意到
于是得到
由Young不等式可知:
由Poincare不等式可知
这里λ1是算子-D2的首特征值,由Young不等式知
进一步结合文献[3]中的结果λ1=
$ {{\left( \frac{\rm{2 } \pi \rm{ }}{\mathit{L}} \right)}^{2}}$ 知令
由假设(F0)可知λ>0且令
对(10)式在[s-τ,s](s≤t)上用Gronwall不等式可知
取
则当τ≥τ1和u0∈N(0,R)⊂L时有
这里M(t)由(9)式给出,这个不等式就是我们想要的(7)-(8)式,由假设(F2)知M(t)是一个关于时间t的有限的增函数.证闭.
由引理1知(4),(5)式中的过程S(·,·):L→L在假设(F0)-(F2)下有一个增的有界的吸收集.
定理3 若假设(F0)-(F2)成立,则(4),(5)式中的过程S(·,·):L→L在L中有一个增的有界的吸收集
$ \mathscr{K}={{\left\{ \mathscr{K}\left( \mathit{t} \right) \right\}}_{\mathit{t}\in \mathbb{R}}}$ ,这里,证 由假设(F2)知M(t)是一个关于时间t的有限的增函数,于是由引理1知
$ \mathscr{K}={{\left\{ \mathscr{K}\left( \mathit{t} \right) \right\}}_{\mathit{t}\in \mathbb{R}}}$ 是一个增的有界的吸收集. -
我们将利用上面引理1的结果(7)-(8)式来得到方程在H空间上的一个后项估计,我们先介绍一个具有非自治形式的后项的一致Gronwa引理,其证明与文献[4]的证明完全类似,因此我们省略了证明.为了计算方便,我们认为c是可能改变的正常数.
引理2 后项的一致Gronwa引理:若y,h1,h2是3个正的局部可积的函数,对于每个t∈
$ \mathbb{R}$ ,y′在[s-τ,s](s≤t,τ≥0)上是可积的且它们满足:其中r∈[s-τ,s],s≤t,τ≥0则对于σ∈(0,τ),有
这里,
引理3 若假设(F0)-(F2)成立,则对于每一个R>0和t∈
$ \mathbb{R}$ ,存在一个$ {{\mathit{\tau }}_{\rm{1}}}=\frac{\rm{ln}\ \mathit{R}}{\mathit{\alpha }}>0$ ,使得当τ≥τ1和u0∈N(0,R)⊂L时,有其中,
证 让方程(2)与D4u在L上做内积可知
类似于文献[3]的做法,由Young不等式和插值不等式知,
由(14)-(15)式知
把引理2中的后项一致Gronwa引理(t∈
$ \mathbb{R}$ 固定,σ=1,τ>2,s≤t)应用到(16)式知这里,
于是当τ≥max(2,τ1)时,由(8)-(9)式有
于是
证闭.
定理4 若假设(F0)-(F2)成立,则(4),(5)式中定义的过程S(·,·):L→L在L上是后项渐进紧的.
证 为了证S(·,·):L→L在L上是后项渐进紧的,我们只需证明{S(sn,sn-τn)u0,n}n=1∞在L的拓扑下有一个收敛子列,其中,t∈
$ \mathbb{R}$ 是固定的,R>0,sn≤t,τn→+∞当n→+∞和u0,n∈N(0,R)⊂L.因为τn→+∞当n→+∞,所以存在一个n0>0使得当n≥n0时有τn≥max(2,τ1)(τ1在引理1中),于是由引理3知{S(sn,sn-τn)u0,n}n=n0∞在H中是有界的,由Sobolev紧嵌入H→L知{S(sn,sn-τn)u0,n}n=n0∞在L中是相对紧的.于是{S1(sn,sn-τn)u0,n}n=n0∞在L的拓扑下有一个收敛子列.证闭.本文结论即定理2的证明.
证 由定理3和定理4知定理1中的条件满足,于是定理2成立.