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非线性随机Ginzburg-Landau方程的Wong-Zakai逼近

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王凤玲, 吴柯楠, 李扬荣. 非线性随机Ginzburg-Landau方程的Wong-Zakai逼近[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2019, 41(9): 87-92. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2019.09.011
引用本文: 王凤玲, 吴柯楠, 李扬荣. 非线性随机Ginzburg-Landau方程的Wong-Zakai逼近[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2019, 41(9): 87-92. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2019.09.011
Feng-ling WANG, Ke-nan WU, Yang-rong LI. Wong-Zakai Approximations of Nonlinear Stochastic Ginzburg-Landau Equations[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2019, 41(9): 87-92. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2019.09.011
Citation: Feng-ling WANG, Ke-nan WU, Yang-rong LI. Wong-Zakai Approximations of Nonlinear Stochastic Ginzburg-Landau Equations[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2019, 41(9): 87-92. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2019.09.011

非线性随机Ginzburg-Landau方程的Wong-Zakai逼近

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(11571283)
详细信息
    作者简介:

    王凤玲(1995-), 女, 硕士研究生, 主要从事无穷维随机动力系统与随机分析的研究 .

    通讯作者: 李扬荣, 博士生导师, 教授
  • 中图分类号: O211.4

Wong-Zakai Approximations of Nonlinear Stochastic Ginzburg-Landau Equations

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-27
  • 刊出日期:  2019-09-20

非线性随机Ginzburg-Landau方程的Wong-Zakai逼近

    通讯作者: 李扬荣, 博士生导师, 教授
    作者简介: 王凤玲(1995-), 女, 硕士研究生, 主要从事无穷维随机动力系统与随机分析的研究
  • 西南大学 数学与统计学院, 重庆 400715
基金项目:  国家自然科学基金项目(11571283)

摘要: 主要证明了非线性随机Ginzburg-Landau方程在Wong-Zakai逼近意义下吸引子的存在性.

English Abstract

  • 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.

  • 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$\mathbb{R}$×ΩΩ是一个($\mathscr{B}$($\mathbb{R}$$\mathscr{F}$$\mathscr{F}$)可测映射,使得θt(0,·)是Ω上的恒等映射,且对任意的ts$\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×XX,对任意ωΩτ$\mathbb{R}$ts$\mathbb{R}$+,满足条件:

    (ⅰ) Φ(·,τ,·,·):$\mathbb{R}$+×Ω×XX是($\mathscr{B}$($\mathbb{R}$+$\mathscr{F}$×$\mathscr{B}$(X),$\mathscr{B}$(X))可测;

    (ⅱ) Φ(0,τω,·)是X上的恒等映射;

    (ⅲ) Φ(t+sτω,·)=Φ(tτ+sθsω,·)∘Φ(sτω,·);

    (ⅳ) Φ(tτω,·):XX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$\mathscr{T}$X的所有有界非空子集族的集合,假设K={K(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{T}$.如果存在T=T(Dτω)>0,当tT时,对任意τ$\mathbb{R}$ωΩD$\mathscr{T}$,满足:

    则称K为关于Φ$\mathscr{T}$-拉回吸收集.

    另外,如果∀τ$\mathbb{R}$ωΩK(τω)是X的非空闭子集,KΩ中关于$\mathscr{F}$可测,则称KΦ的闭可测$\mathscr{T}$-拉回吸收集.

    定义3  如果$\mathscr{A}$={$\mathscr{A}$(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{T}$,满足:

    (ⅰ) $\mathscr{A}$Ω中关于$\mathscr{F}$是可测的,并且对任意的ωΩ$\mathscr{A}$X中是紧的.

    (ⅱ) $\mathscr{A}$关于Φ是不变的.即对任意的t≥0,Φ(tτω$\mathscr{A}$(τω))=$\mathscr{A}$(τ+tθtω).

    (ⅲ) $\mathscr{A}$吸引$\mathscr{T}$中的每个元素:对于每个D$\mathscr{T}$

    则称$\mathscr{A}$Φ$\mathscr{T}$-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.

  • $\mathscr{O}$$\mathbb{R}$n中的有界光滑区域,其中n=1,2.令τδ$\mathbb{R}$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,λγκ>0,μ(·)∈$\mathscr{C}$($\mathbb{R}$$\mathbb{R}$),β(·)∈$\mathscr{C}$b($\mathbb{R}$$\mathbb{R}$),gLloc2($\mathbb{R}$L2($\mathscr{O}$)).

    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ωΩ的确定性方程.由文献[5]可知,如果(2)-(4)式满足,则对∀ωΩτ$\mathbb{R}$uτL2($\mathscr{O}$),方程(1)存在唯一的解u(·,τωuτ)∈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$\mathbb{R}$ωΩuτL2($\mathscr{O}$)满足

    由定义1可知ΦL2($\mathscr{O}$)上关于(Ω$\mathscr{F}$P,{θt}t$\mathbb{R}$)的连续协循环.

    定义$\mathscr{D}$L2($\mathscr{O}$)的所有有界非空子集族的集合,即$\mathscr{D}$={D={D(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}},∀c>0,τ$\mathbb{R}$ωΩ

    其中

    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,

  • 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$\mathbb{R}$ωΩ以及D={D(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{D}$,存在T=T(τωD)>0,使得对于∀tT,方程(1)中的u满足:

      将方程(1)与u的共轭u$\mathscr{O}$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-tτ)上积分,其中τrωΩ,令θ-τω替代ω可得

    由(4),(5),(7)式可知,对于uτ-tD(τ-tθ-tω),D$\mathscr{D}$,当t→∞时有

    故存在T=T(τωD)>0,使得对∀tT

    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-tτ)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(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{D}$.对∀τ$\mathbb{R}$以及ωΩK定义为

    其中

      对给定的τ$\mathbb{R}$ωΩD$\mathscr{D}$,由定义2和引理1知,存在T=T(τωD)>0,使得对任意tT

    P是任意正数,

    对(22)式右边第一项估计,令N=min{Pα},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(τω)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(τω):假设(8),(9)式成立,对∀τ$\mathbb{R}$ωΩD={D(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{D}$,存在T=T(τωD)>0,使得对∀tT,满足

      由引理1,存在T=T(τωD)≥1,对∀tT

    根据eαs≥eατe-α,对所有的sτ-1,引理2成立.

    引理3  存在随机半径R3(τω):对于τ$\mathbb{R}$ωΩ以及D={D(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{D}$,存在T=T(τωD)>0,使得对于∀tT$\exists $ε>0,σ$\mathbb{R}$,满足

      对于所有的tT,将方程(1)与-Δu$\mathscr{O}$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uH10($\mathscr{O}$),

    则对(30)式右边第二项估计,可得

    综上可知

    任给t≥0,τ$\mathbb{R}$ωΩ,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.

  • 定理1  假设(8),(9)式成立,则协循环ΦL2($\mathscr{O}$)上有唯一的$\mathscr{D}$-拉回吸引子$\mathscr{A}$={$\mathscr{A}$(τω):τ$\mathbb{R}$ωΩ}∈$\mathscr{D}$.

      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,ΦL2($\mathscr{O}$)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.

参考文献 (5)

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