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:
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