半线性波动方程Cauchy问题解的生命跨度估计
Lifespan Estimation of Solutions to Cauchy Problem of Semilinear Wave Equation
Received: 2018-09-27
Fund supported: |
|
该文研究了${\mathbb{R}}$n中半线性波动方程utt-△u=(1+|x|2)α|u|p的小初值Cauchy问题解的生命跨度估计.主要利用了改进的Kato型引理,得到了当n=2,1 < p ≤ 2时及n=1,p > 1时改进的生命跨度上界估计.
关键词:
In this paper, the lifespan estimate to the Cauchy problem of the semi-linear wave equation utt utt-△u=(1+|x|2)α|u|p in ${\mathbb{R}}$n is studied. The upper bound of lifespan is improved for the cases n=2, 1 < p ≤ 2 and n=1, p > 1, by using the improved Kato's type lemma.
Keywords:
本文引用格式
蒋红标, 汪海航.
Jiang Hongbiao, Wang Haihang.
1 引言
研究如下半线性波动方程的初值问题
其中
该研究问题是如下半线性波动方程小初值Cauchy问题(Strauss猜测)的拓展:
其中
当
即
1992年, Zhou[5]证明了当
其中
同样, Lindblad[6]还得到当
其中
(1)对于次临界指标
其中
注意到,对于
(2)对于临界指标
下表总结了验证这一猜想的结果.
定理1.1 令
其中
定理1.2 当
其中
正文安排如下:第2节,利用构造辅助函数和球坐标变换,对半线性波动方程的加权非线性项进行估计;第3节,证明定理1.1,讨论
定理1.3[9] 设
使得
我们有
引理1.1[8] 设
设
其中
若假设(1.16)式用下式替换
同时
从而
引理1.2[8] 当
使得
那么存在
其中
在本文中,记号
2 二阶常微分不等式
构造辅助函数
对于适当的
这里用到波动方程的有限传播速度以及如下事实:
为散度定理的推论.为了估计(2.2)式的右端项,直接应用Hölder不等式,得
即
从而有
引理2.1[9] 若
证 由球坐标变换,可得
引理证毕.
因此
从而得到
3 定理1.1的证明
在定理1.1的假设下,应用非齐次二维波动方程的Poisson公式可得
注意到
可得
如果假设
从而
这与高维情况相同.结合(2.2)和(3.2)式,可得
由球坐标变换可知
当
有
对上面的不等式在
从而可得
结合(2.6)式可知
将当
那么
即
综合上述,
由改进的Kato引理1.1的生命跨度,可得
同时,将
其中
比较(3.7)与(3.8)式,由于
从而
即当
当
为了不失一般性,假设
注意到
从而
其中
可得
由(3.9)式可知,
这个式子出现了一个额外的项
对上面的不等式在
同样步骤在
由(2.6)式当
将当
由(1.13)式可知,
将
同时,由(3.10)与(1.14)式
结合(3.13)与(3.14)式,可得
取适当的
由(3.12)式中的
即
结合(3.12)与(3.15)式,可得
另一部分
由(3.12)式,且存在一个正常数
同时
结合(3.12)与(3.15)式,可得
从而
结合(3.16)和(3.17)式,由引理1.1可得
其中
由改进的Kato引理1.1的生命跨度,可得
其中
同时,将当
比较(3.18)与(3.19)式,有
即当
4 定理1.2的证明
由于
由(2.6)式当
由一维的达朗贝尔公式可知
(1)当
其中
结合(4.1)式,有
由
结合(4.2)与(4.4)式,由引理1.1可得
可得
从而
同时,将
其中
从而
比较(4.5)与(4.6)式,由于
从而
即当
(2)当
结合(4.1)式,可得
由
与(1)同理,于是完成了定理1.2的证明.
参考文献
Nonexistence of global solutions to semilinear wave equations in high dimensions
,DOI:10.1016/0022-0396(84)90169-4 [本文引用: 3]
The lifespan of solutions to nonlinear systems of a high-dimensional wave equation
,DOI:10.1016/j.na.2005.08.012 [本文引用: 2]
Blow up of solutions of some nonlinear hyperbolic equations
,
Nonlinear scattering theory at low energy
,DOI:10.1016/0022-1236(81)90019-7 [本文引用: 1]
Blow-up for solutions of □u=|u|p with small initial data
,DOI:10.1080/03605309908820708 [本文引用: 4]
Blow-up of solutions to semilinear wave equations with variable coefficients and boundary
,DOI:10.1016/j.jmaa.2010.08.052 [本文引用: 1]
Improved Kato's lemma on ordinary differential inequality and its application to semilinear wave equations
,DOI:10.1016/j.na.2015.05.024 [本文引用: 3]
Life span of classical solutions to □u=|u|p in two space dimensions
,
An elementary proof of Strauss conjecture
,DOI:10.1016/j.jfa.2014.05.020 [本文引用: 1]
Long-time existence for small amplitude semilinear wave equations
,DOI:10.1353/ajm.1996.0042 [本文引用: 1]
/
〈 | 〉 |