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设Ω是
$\mathbb{R}$ n(n≥2)中的正则区域,e1,e2,…,en为$\mathbb{R}$ n的标准正交基. 由外积eI=ei1∧ei2∧…∧eil张成的l维线性空间记为Λl=Λl($\mathbb{R}$ n),I=(i1,i2,…,il)(1≤i1 < i2 < … < il≤n,l=0,1,…,n)取遍所有的l重数. 定义Hodge星算子*:Λ→Λ,对任意α,β∈Λ,满足*1=e1∧e2∧…∧en,且α∧*β=β∧*α=〈α,β〉*1.微分形式是实值函数和分布的重要推广形式. Ω上的l-微分形式是Ω上的一个Schwartz分布,其值属于Λl(
$\mathbb{R}$ n). 将所有的l-形式空间记为D′(Ω,Λl),用Lp(Ω,Λl)表示l-形式的空间,其中对于所有的有序l-重数I,ωI∈Lp(Ω,
$ \mathbb{R} $ ). 于是Lp(Ω,Λl)为一个Banach空间,其上的范数定义为同样地,l-微分形式的Sobolev空间为
且具有范数
其中,对ω∈D′(Ω,Λl),微分形式
$\mathrm{d} \omega=\left(\frac{\partial \omega}{\partial x_1}, \frac{\partial \omega}{\partial x_2}, \cdots, \frac{\partial \omega}{\partial x_n}\right)$ 由微分形式$\frac{\partial \omega}{\partial x_i} \in D^{\prime}\left(\varOmega, \varLambda^l\right)$ 组成.记外导数
其共轭算子
在D′(Ω,Λl+1)上定义为
上述符号及定义可参见文献[1].
本文考虑以下微分形式的椭圆方程
其中算子A:Ω×Λl(
$\mathbb{R}$ n)Λl($\mathbb{R}$ n)满足:对所有的x∈Ω和ξ∈Λl($\mathbb{R}$ n),有这里
下面给出方程(1)很弱解的定义.
定义1 若u对所有具有紧支集的
$\varphi \in W^{1, \frac{r}{r-p+1}}\left(\varOmega, \varLambda^{l-1}\right)$ ,满足则称u∈Wloc1,r(Ω,Λl-1)为方程(1)的很弱解.
这里“弱”指的是u的可积指数r可以小于自然指数p. 很弱解是弱解的推广,它降低了弱解的可积性要求. 近年来,关于很弱解的性质引起了很多学者的关注. 例如,文献[2]获得了拟线性椭圆方程
很弱解的梯度估计;文献[3]研究了散度型椭圆方程
很弱解梯度的零点性质;文献[4]研究了二阶非线性椭圆组
很弱解的局部正则性;文献[5]考虑了非线性椭圆方程
对应障碍问题很弱解的全局可积性;文献[6]研究了微分形式的非齐次椭圆方程
障碍问题很弱解的正则性. 更多关于椭圆问题的研究,参见文献[7-11].
受以上文献的启发,本文研究了方程(1)在条件(2),(3)下的零点性质,得到如下主要定理:
定理1 存在常数
$r_0=r_0\left(n, p, \frac{\beta}{\alpha}\right) \in(1, p)$ ,使得当r>r0时,方程(1)的很弱解u∈Wloc1,r(Ω,Λl-1),du的几乎每一个零点都有无穷阶.
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为证弱逆Hölder不等式,需用到以下引理:
引理1[12](Poincaré引理) 令D为立方体或球,w∈Ls(D,Λl),dw∈Ls(D,Λl+1),则
其中
${\rlap{-} \smallint }_D$ 为D上的积分平均.引理2[13] 令X和Y为内积空间中的向量,则当0≤ε < 1时,有
引理3[14] 设f(x)为定义在0≤T0≤t≤T1上的非负有界函数,若对T0≤t < s≤T1,有
其中A,B,σ,θ为非负常数,θ < 1,则存在常数C(σ,θ),使得对任意R,ρ,当T0≤ρ < R≤T1时,有
下面给出du满足的弱逆Hölder不等式.
引理4 存在
$r_0=r_0\left(n, p, \frac{\beta}{\alpha}\right) \in(1, p)$ ,使得当r>r0时,方程(1)的很弱解u∈Wloc1,r(Ω,Λl-1)的梯度du满足弱逆Hölder不等式其中C为常数,BR⊂⊂Ω.
证 任取x0∈Ω,固定R0:R0≤d=dist(x0,∂Ω). 令BR=BR(R0)⊂⊂Ω为任意立方体.
取截断函数η(x)∈C0∞(BR),满足
且在
$B_{\frac{R}{2}}$ 上η≡1. 为了给方程(1)选取一个适当的检验函数,作关于$\left|\mathrm{d}\left(\eta\left(u-u_{B_R}\right)\right)\right|^{r-p} \mathrm{~d}\left(\eta\left(u-u_{B_R}\right)\right) \in L^{\frac{r}{r-p+1}}\left(B_R, \varLambda^l\right)$ 的Hodge分解[15],可得其中dφ,
$h \in L^{\frac{r}{r-p+1}}\left(B_R, \varLambda^l\right)$ ,且有令
由引理2,可得
将(6)式中的φ充当(4)式中的检验函数,并利用(8)式,可得
因为duBR=0,于是由(3)式,可得
下面估计I1. 由(2)式、Hölder不等式和(7)式,可得
由于
将(13)式代入(12)式,再使用Young不等式和引理1,可得
下面估计I2. 由(2)式、(9)式、Hölder不等式、Young不等式和引理1,可得
下面估计I3. 由Young不等式,可得
下面估计I4. 由(9)式、Hölder不等式、Young不等式和引理1,可得
下面估计I5. 由Young不等式、(7)式和引理1,可得
结合(10)式、(11)式、(14)式-(18)式,可得
令r足够接近p,且ε足够小,使得
又因为在本文情况下,r充分接近于p,于是常数C(n,p,r)与r无关. 因此,由(19)式和(20)式,可得
再使用引理3,可得(5)式. 证毕.
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定义2[16] 若
则称x0∈Ω为函数h∈Lloc1(Ω)的本性零点. 其中Q(x0,R)是以x0为心、2R为边长的立方体. 本性零点的阶数定义为
引理5[16] 令h∈Lloc1(Ω)对所有立方体Q⊂2Q⊂Ω满足弱逆Hölder不等式
则h的每一个零点都有无穷阶. 其中1 < p < ∞,常数Ap与立方体无关.
定理1的证明 根据弱逆Hölder不等式(5)和引理5,可得所需结论. 证毕.