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随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程的后向紧随机吸引子

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乔闪闪, 李扬荣. 随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程的后向紧随机吸引子[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2022, 47(8): 48-53. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2022.08.007
引用本文: 乔闪闪, 李扬荣. 随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程的后向紧随机吸引子[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2022, 47(8): 48-53. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2022.08.007
QIAO Shanshan, LI Yangrong. Backward Compact Random Attractors for Stochastic Kuramoto-Sivashinsky Lattice Equation[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2022, 47(8): 48-53. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2022.08.007
Citation: QIAO Shanshan, LI Yangrong. Backward Compact Random Attractors for Stochastic Kuramoto-Sivashinsky Lattice Equation[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2022, 47(8): 48-53. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2022.08.007

随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程的后向紧随机吸引子

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

    乔闪闪,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: O193

Backward Compact Random Attractors for Stochastic Kuramoto-Sivashinsky Lattice Equation

  • 摘要: 本文主要研究非自治随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程. 在外力是后向缓增的情况下,首先通过对解的估计,证明了Kuramoto-Sivashinsky格点方程在空间$\ell^{2} $上存在随机吸收集,从而推出后向一致吸收集的存在性. 其次,证明了格点方程在吸收集上是后向渐近紧的. 最后再利用吸引子的存在性定理,证明了非自治随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程在空间$\ell^{2} $上存在后向紧随机吸引子.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-10
  • 刊出日期:  2022-08-20

随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程的后向紧随机吸引子

    通讯作者: 李扬荣, 博士生导师, 教授
    作者简介: 乔闪闪,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: 本文主要研究非自治随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程. 在外力是后向缓增的情况下,首先通过对解的估计,证明了Kuramoto-Sivashinsky格点方程在空间$\ell^{2} $上存在随机吸收集,从而推出后向一致吸收集的存在性. 其次,证明了格点方程在吸收集上是后向渐近紧的. 最后再利用吸引子的存在性定理,证明了非自治随机Kuramoto-Sivashinsky格点方程在空间$\ell^{2} $上存在后向紧随机吸引子.

English Abstract

  • 文献[1-4]对Kuramoto-Sivashinsky方程的吸引子进行了研究,并建立了相对完善的理论体系. 文献[5-9]对非自治动力系统的拉回吸引子的存在性与后向紧性做了研究. 文献[10-11]研究了非自治格系统吸引子的后向紧性. 本文将研究具有乘性噪音的Kuramoto-Sivashinsky方程

    的空间离散化. 其中$ \mathbb{Z}$代表整数集,υ>0,λ>8,β>2,W是完备概率空间(Ω$\widetilde{\mathscr{F}} $P)上的双边实值Wiener过程,Ω={ωC($\mathbb{R} $$\mathbb{R} $):ω(0)=0},$\widetilde{\mathscr{F}} $是由Ω的紧开拓朴生成的σ-代数,P是在(Ω$\widetilde{\mathscr{F}} $)上相应的Wiener测度. 对于非自治项g=(gi)i$ \mathbb{Z}$,有如下假设条件:

    (G)gLloc2($\mathbb{R} $$\ell^{2} $),且满足

    本文主要研究随机Kuramoto-Sivashinsky格方程的后向紧随机吸引子.

  • 为了方便,定义$\ell^{2} $上的有界算子

    其中涉及的三线性形式为

    微分方程(1)可整理为

    下面证明方程(4)能生成随机动力系统.

    做变量替换v(t)=e-z(θtω)u(t). 其中u(t)是方程(4)的解,$z\left(\theta_{t} \omega\right)=-\int_{-\infty}^{0} \mathrm{e}^{r} \theta_{t} \omega(r) \mathrm{d} r $是方程

    的稳态解. 由文献[10, 12]可知,对任意ωΩz(θtω)关于t连续,且满足

    因此方程(4)可转化为关于v的随机微分方程

    由文献[1]和Galevkin逼近法,容易证明对任意T>0,v0$\ell^{2} $ωΩ,方程(6)存在唯一的解v(∙,τωv0)∈C([τ,+∞),$\ell^{2} $),且依赖初值v0连续. 因此方程(6)在(Ω$\widetilde{\mathscr{F}} $P,{θt}t$\mathbb{R} $)上能生成一个连续的随机动力系统{Φ(t)}t≥0,即对v0∈$\ell^{2} $,t≥0,τ$\mathbb{R} $ωΩ,有

  • 在下文中,设$\mathscr{D}_{0} $X中所有缓增集构成的集合,$\mathscr{D} $X中所有后向缓增集构成的集合. 若集合D满足

    则称集合D为后向缓增集.

    引理1  若条件(G)成立,则对任意后向缓增集D$\mathscr{D} $τ$\mathbb{R} $ωΩ,存在T=T(Dτω)≥1,使得tTvs-tD(s-tθ-tω),有

    成立,其中

      对任意固定的τ$\mathbb{R} $ωΩvs-tD(s-tθ-tω),令

    其中sτ. v(r)与方程(6)做内积,可得

    其中

    利用Young不等式,有

    由文献[11]知‖Bv‖≤2‖v‖,故2‖Bv2≤8‖v2. 又由(10),(11),(12)式以及Young不等式,整理可得

    对(13)式利用Gronwall不等式,计算可得

    对(14)式关于s∈(-∞,τ]取上确界,由于vs-tD(s-tθ-tω)(sτ),结合(5),(7)式可知,存在T=T(sωD)≥1,使得当tT时,有

    因此可以得到

    即(8)式得证.

    命题1  若条件(G)成立,则对$\forall $ε>0,(τωD)∈($\mathbb{R} $ ×Ω× $\mathscr{D} $),vs-tD(s-tθ-tω),存在T(ετωD)>0,K(ετωD)≥1,使得

      构造光滑函数ρ,满足0≤ρ≤1,且当|s|≤1时ρ=0,当|s|≥2时ρ=1. 假设存在常数c0,使得对任意s$ \mathbb{R} $,有|ρ′(s)|≤c0. 令K是一个固定的整数,设

    ψ与方程(6)做内积,可得

    其中

    由于|ρ′(s)|≤c0,因此

    由Young不等式可知

    由(17)-(21)式可得

    对(22)式运用Gronwall引理,计算整理可得

    根据(5)式可知,对$\forall $ε>0,存在C=C(εω)>0,使得

    由于vs-tD(s-tθ-tω)(sτ),因此,在(24)式中令$ \varepsilon <\frac{\lambda-8}{4}$,结合(5),(7)式可得

    由引理1与条件(G)可知,存在T>0,当t>T时有

    因此,结合(26)-(28)式可得,对$ \forall$ε>0,(τωD)∈($ \mathbb{R}$ ×Ω× $\mathscr{D}$),vs-tD(s-tθ-tω),存在T(ετωD)>0,K(ετωD)≥1,使得

  • 定理1  若条件(G)成立,则方程(1)生成的动力系统存在后向紧随机吸引子.

      {Φ(t)}t≥0满足文献[13]中定理3.9的拉回吸引子的两个存在性条件:

    (i) 非自治动力系统{Φ(t)}t≥0存在$\mathscr{D}_0$ -拉回随机吸收集$\mathscr{K}_0$$\mathscr{D}_0$,其中

    (ii) 非自治动力系统{Φ(t)}t≥0存在$\mathscr{D}$-拉回后向一致吸收集$\mathscr{K}$$\mathscr{D}$,其中

    由文献[6]可得非自治动力系统{Φ(t)}t≥0在吸收集$\mathscr{K}$$\mathscr{D}$上是后向紧的.

    又因为随机吸引子的后向并是预紧的,则称该吸引子为后向紧随机吸引子. 因此方程(6)生成的非自治随机动力系统Φ(t)存在唯一的后向紧$\mathscr{D}$ -拉回吸引子$\mathscr{A}$$\mathscr{D}$和唯一的可测$\mathscr{D}_0$-拉回吸引子$\mathscr{A}_0$$\mathscr{D}_0$. 再由文献[12]的定理6.1知$\mathscr{A}$ =$\mathscr{A}_0$,故吸引子$\mathscr{A}$也是随机的,即Φ(t)存在唯一的后向紧$\mathscr{D}$ -拉回随机吸引子$\mathscr{A}$$\mathscr{D}$. 再由文献[14-15]知方程(1)与(6)生成的随机动力系统共轭,从而可知方程(1)存在后向紧随机吸引子.

参考文献 (15)

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