本文考虑了加权椭圆系统
其中$\Omega$是${\Bbb R}^N$的一个开子集, $N \ge 5$, $\alpha>-4$, $0 \le \beta <N-4$和$p>1$.
Lane-Emden系统出现在物理、化学和生物等领域, 其著名的Lane-Emden猜想已引起许多专家的关注并获得很多创新性研究成果[1-3].而描述气象物理星结构的Henon方程$-\Delta u=|x|^{\alpha} u^p$因为权项的出现会致使研究变得更加复杂, 也产生了许多新方法[4-5].利用单调公式的方法研究椭圆方程和系统已有很多优秀的研究成果, 而构建其单调公式的方法有很多, 如文献[6-13]利用Pohozaev恒等式或直接计算进行构造.但对于二阶椭圆系统(1.1), 利用Pohozaev恒等式建立其单调公式计算相对繁琐不直观[12].基于此, 受文献[8-9]的思想启发, 本文利用分析的技巧重新构建系统(1.1) 的单调公式.相比于文献[12, 定理2.1], 其计算简便直接.
定义1.1 系统(1.1) 的能量泛函
的临界点$u \in C^2(\Omega)$称为系统(1.1) 的稳定解, 如果对任意的$\zeta \in C_0^2 (\Omega)$, 有
引理1.1[12] 设$u$是(1.1) 的稳定解, 则对于充分大的$m$和具有关系$0\le \psi \le 1$的任意$\psi \in C_0^4({\Bbb R}^N)$, 有
其中
任给定$x\in \Omega$.设$0<r<R$和$B_r(x) \subset B_R(x) \subset \Omega$, 令$u\in C^4(\Omega\backslash \{0\})\cap C^2(\Omega)$, 定义
则可以证明${\cal M}(r;x, u)$关于$r$是单调的.
定理2.1 假定$N \ge 5$, $p>\frac{N+4+2\alpha+\beta}{N-4-\beta}$, $u\in C^4(\Omega\backslash \{0\}) \cap C^2(\Omega)$是系统(1.1) 的一个稳定解.则${\cal M}(r;x, u)$关于$r \in (0, R)$是非减的.而且
证 由方程(1.1) 的变分结构, 定义重尺度能量泛函为
从引理1.1中的(1.2) 式, 对任意的$\lambda \ge 0$, 有$E(\lambda) \le C$, 从而$E(\lambda)$的定义是有意义的.记
容易验证
且关于$\lambda$求导与关于$x$求导和求积分是可以进行交换的.重尺度变换(2.1) 式可得
对充分小的$\epsilon>0$, 定义
并对$\widetilde{E}(\lambda)$关于$\lambda$求导
计算可得当$\epsilon \to 0$时, 有$\widetilde{E}(\lambda) \to E(\lambda)$和$\frac{{\rm d}\widetilde{E}(\lambda)}{{\rm d}\lambda} \to \frac{{\rm d} E(\lambda)}{{\rm d}\lambda}$, 即
下面, 将$u^{\lambda}$关于变量$r=|x|$的所有导数将全部用关于变量$\lambda$的导数进行表述.从$u^{\lambda}$和$v^{\lambda}$的定义, 分别关于$\lambda$求导可得
和
对(2.3) 式再次关于$\lambda$求导
综上所述, 有
把上面两个式子代入(2.2) 式可得
因为$\lambda\frac{{\rm d}u^{\lambda}}{{\rm d}\lambda} =\frac{4+\alpha+\beta}{p-1}u^{\lambda}+r\frac{\partial u^{\lambda}}{\partial r}$, 则
从而在$\partial B_1$上意味着
对于$r=|x|$和$\theta=\frac{x}{|x|} \in {\Bbb S}^{N-1}$, 使用球面坐标有$u^{\lambda}(x)=u^{\lambda}(r, \theta)$, 则在$\partial B_1$上可得
因此
计算$\ell_1$得
注意到
因此有
选择$p>\frac{N+4+2\alpha+\beta}{N-4-\beta}$, 从而有
则可得
再计算$\ell_2$.在$\partial B_1$上分部积分可得
另一方面, 对上面所有的项应用重尺度变换可得
证毕.
注2.1 (ⅰ) 从(2.4) 式可以选取
特别, 如果$p=\frac{N+4+2\alpha+\beta}{N-4-\beta}$, 则
因此, 定理2.1的结论对$p=\frac{N+4+2\alpha+\beta}{N-4-\beta}$也成立.
(ⅱ) 相比于文献[12, 定理2.1]利用Pohozaev恒等式构造单调公式, 本文给出的证明方法其计算简便直接.