一类具有时滞的非局部反应扩散方程非单调临界行波解的全局稳定性
Global Stability of the Nonmonotone Critical Traveling Waves for Reaction Diffusion Equations
收稿日期: 2018-11-30
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Received: 2018-11-30
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作者简介 About authors
周永辉,E-mail:
该文利用傅里叶变换方法结合加权能量方法中的一些新的技巧,研究了一类具有时滞的非局部反应扩散方程非单调临界波速下行波解的全局稳定性.
关键词:
In this paper, by using the Fourier's transform method combining with the weighted energy method with some new skills, the global stability of the nonmonotone critical traveling waves for a delayed equation is established.
Keywords:
本文引用格式
周永辉.
Zhou Yonghui.
1 引言
本文主要研究一类具有时滞的非局部人口动力学模型
满足初始条件
的非单调临界波速下行波解的全局稳定性,该方程模拟了具有两个年龄结构的单物种成熟子种群在一维无界区域中的进化过程.其中
(H
(H
(H
(H
(H
如果取
那么方程(1.1)化为著名的Nicholson's苍蝇模型,参见文献[2],其中
是Nicholson's苍蝇模型的两个常数平衡点.当
由条件(H
许钊泉和肖冬梅[13]利用辅助方程的思想结合Schauder不动点定理,建立了方程(1.1) (非)临界波速下单稳行波解的存在性及其渐近行为.
对于非单调的时滞反应扩散方程,由于方程缺失了单调性,比较原理不再成立,所以行波解稳定性的结果是十分有限的. 2015年,通过使用技巧性的加权能量方法结合连续性方法, Chern和梅茗等人[1]得到了一类Nicholson's苍蝇模型非单调临界波速下行波解的局部稳定性.最近,通过在得到解的有界估计时使用的一些新的技巧性的加权能量方法,梅茗等人[10]证明了一类Nicholson's苍蝇模型非单调临界波速下行波解的全局稳定性并得到了最优收敛速率.受梅茗等人工作[10]的启发,本文主要研究具有时滞的非局部人口动力学模型(1.1)非单调临界波速下行波解的全局稳定性并得到了最优收敛速率,这推广了梅茗等人的结论.
本文的安排如下:第2部分,介绍本文的一些预备知识和主要结论;第3部分,证明本文的主要结论.
2 预备知识和主要结论
令
则方程(1.1)化为
并满足
其中
定义加权函数
和空间
下面给出本文的主要结论.
定理2.1(全局稳定性) 假设(H
3 主要结论的证明
命题3.1(全局存在唯一性) 假设(H
证 当
其中
因为
和
都关于
重复上述步骤,可以证明方程(2.1)存在唯一解
下面,我们将证明本文的主要结论.
命题3.2(全局稳定性) 假设(H
为了证明命题3.2,需要以下引理.令
其中
满足
其中
满足
这里,
和
当
满足
的解
引理3.1 当初始扰动
证 当
因此, (3.10)式化为
由比较原理可知当
重复上述步骤可得当
接下来,将建立方程(3.6)解的有界性估计.
引理3.2(有界性) 令
时,有
证 当
令
首先估计
因此,方程(3.14)与初始条件
再由比较原理可得
用
满足
结合(3.16)和(3.17)式,可得
在每个区间
引理3.2得证.
接下来,将通过使用加权能量方法结合基本解的关键估计来证明全局稳定性.为了导出方程(3.10)解的最优衰减速率,我们首先需要得到基本解,然后证明基本解的最优衰减速率.
引理3.3[3] 令
的解,
其中
并且
的基本解.
类似于文献[8],我们给出具有时滞的线性常微分方程解的性质.
引理3.4 令
其中
且方程(3.24)的基本解
进一步,当
和方程(3.20)的解
对方程(3.10)进行傅里叶变换可得
其中
因此,方程(3.26)的解可以表示为
其中
对(3.28)式两边取傅里叶逆变换,有
下面将证明最优衰减速率.
引理3.5 当
证明类似于文献[10],故此省略.
再取
结合引理3.2和引理3.5,我们可以得到
引理3.6 当
因为当
引理3.7 当
其中
证 由方程(2.1)可得
因为
类似于文献[4],当
其中
当
引理3.7得证.
引理3.8 当
证 因为当
且注意到
引理3.8得证.
结合引理3.7和3.8可得本文的主要结论(3.4).
参考文献
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