复杂系统与复杂性科学
主办单位:山东省教育厅
国际刊号:1672-3813
国内刊号:37-1402/N
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一类四阶非线性Schrödinger方程解的|keyimg1|有界性

  本文研究了一类四阶非线性Schr?dinger方程初边值问题在任意维空间中的有界性,其结果在研究整体解时是非常重要的。

  论文关键词:四阶,非线性Schr?dinger方程,有界性

    我们考虑这样一类非线性Schr?dinger方程的初边值问题

    |keyimg3|, |keyimg3|, (1.1)

    |keyimg3|,  一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性, (1.2)

    有界性,  , (1.3)

    其中,为复值函数,&,&为速降函数空间,四阶,充分光滑,为实数。

    方程(1.1)-(1.3)具有特定的物理背景,且在数学理论上是一类非线性发展方程,因此对方程(1.1)-(1.3)的研究具有实际意义和理论意义。

    为了研究方程(1.1)-(1.3)整体解的存在唯一性,需要解在空间中的有界性质作为前提。时,文[1~5]研究了方程(1.1)-(1.3)整体解的存在唯一性及渐近性质,文[6~7]讨论了方程(1.1)-(1.3)解的有界性。时,关于方程(1.1)-(1.3)解的有界性的研究,就作者所知还是较少的。本文就时给定初值一定要求前提下,用文[7]的方法得到了方程(1.1)-(1.3)解的有界性。

    记号:简记|keyimg3|,一切常数除注明者外,均以表示,且与、无关,且不同地方出现的值可能不同,但为了方便,我们仍以记之,其余记号都是标准的。

    2 引理

    因在奇维空间中的情形证明过程类似于偶维空间,我们不妨先讨论偶维情况。

    引理1 对任意复值函数一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性,如果

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性 (2.1)

    那么有

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性。 (2.2)

    引理2 设为正的可积函数,为有界区域,则存在只与有关的常数,使得

    非线性Schr?dinger方程 (2.3)

    成立,其中非线性Schr?dinger方程。

    引理3[7] 设四阶,如果

    有界性 (2.4)

    那么有

    非线性Schr?dinger方程 (2.5)

    证明 根据复合函数求导法则,知

    四阶 (2.6)

    其中

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性

    可算出

    非线性Schr?dinger方程

    非线性Schr?dinger方程

    |keyimg3|

  

    非线性Schr?dinger方程

    在中每一项对求导的阶数与求导因子次数之和等于,并且各导数因子的次数最大为,我们将一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性展开,注意到,展开式中的各项具有下列乘积形式:

    有界性 (2.7)

    其中,|keyimg3|分别取自非线性Schr?dinger方程的表达式中的某一项,在非线性Schr?dinger方程中的因子的最大个数是1,2,…,r。整理(2.7)式,其形式是

    有界性 (2.8)

    可以得知

    有界性

    即

    有界性

    令四阶,考虑(2.8)式,则(2.6)式化为

    有界性

    由假设知,四阶(为与无关的常数),因此

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性

    则有

    非线性Schr?dinger方程

    由赫尔特不等式,得

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性 (2.9)

    由(2.4)式可知,(2.9)式的右端为与无关的常数,因此有

    非线性Schr?dinger方程

    根据引理2,有

    有界性

    因此,非线性Schr?dinger方程。

    3 主要结论

    定理 如果|keyimg3|有界,并且

    四阶;

    有界性

    那么,方程⑴的解满足

    有界性 (3.1)

    证明 对(1.1)式两端同时作用,设,有

    非线性Schr?dinger方程 (3.2)

    即

    |keyimg3| (3.3)

    对(3.3)式两端同时乘以,并且在上对积分,得

    有界性

    用分部积分法,得

    四阶 (3.4)

    取(3.4)式共轭,得

    非线性Schr?dinger方程 (3.5)

    (3.4)式加上(3.5)式,可得

    非线性Schr?dinger方程

    也即

    非线性Schr?dinger方程 (3.6)

    对于有界性,记有界性,则一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性,四阶,

    非线性Schr?dinger方程

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性 (3.7)

    类似地,对非线性Schr?dinger方程,有

    四阶 (3.8)

    将(3.7)式,(3.8)式代入(3.6)式,得

    四阶

    在上积分,得

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性(3.9)

    其中,为常数。(3.9)式可写成

    有界性

    |keyimg3| (3.10)

    从(3.10)式看出,右端和是类似的,只须证有界。

    由于

    一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性 (3.11)

    只须证

    |keyimg3|

    中有界的,其中是上的实参数。由于

    有界性 (3.12)

    由引理2,引理3知

    有界性(与无关) (3.13)

    联合(3.12)式和(3.13)式,得

    非线性Schr?dinger方程

    |keyimg3|

    再由引理2,知有界性,回到,

    四阶

    因此,由(3.10)式以及,得到:|keyimg3|,由于,得|keyimg3|,因此|keyimg3|。

    当空间维数是奇数时,证明过程是类似的。不同的是,奇维情形时引理及证明过程中取一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性,最后得四阶,即一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性。由于一类四阶非线性Schr?dinger方程解的|keyimg1|有界性,可得有界性,证毕。

  参考文献:

  [1] Cazcnave T. C R Acad Sci Paris,1977;(284):869~872

  [2] Tsutsumi Y.Comm Part Diff Eqns,1983;8(12):1337~1374

  [3] 姚景齐。非线性Schr?dinger方程整体解及渐近性质[J].数学年刊,1986,7A(4):413~422

  [4] 郭柏灵。一类具磁磁场效应的非线性Schr?dinger方程组的边值问题[J].应用数学学报,1987,10(2):189~202

  [5] 杨晗。一类非线性Schr?dinger方程的整体解[J].四川师范大学学报(自然科学版),1995,18(1)

  [6] 邓丽洪。一类Schr?dinger方程混合问题解的有界性[J]. 四川师范大学学报(自然科学版),2000,(2)

  [7] 邓丽洪。一类Schr?dinger方程在偶维空间中混合问题解的有界性[J]. 四川大学学报(自然科学版),2000,37(3)

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