数学物理学报, 2020, 40(6): 1622-1633 doi:

论文

一类分数阶p-Laplace方程基态解的存在性及其渐进行为

韩娅玲,1, 向建林,2

Existence and Asymptotic Behavior of Ground State for Fractional p-Laplacian Equations

Han Yaling,1, Xiang Jianlin,2

通讯作者: 韩娅玲, E-mail: ccnumathhyl@163.com

收稿日期: 2020-05-26  

基金资助: 国家自然科学基金.  61503415

Received: 2020-05-26  

Fund supported: the NSFC.  61503415

作者简介 About authors

向建林,E-mail:jlxiang2@163.com , E-mail:jlxiang2@163.com

Abstract

In this paper, existence and asymptotic behavior of a fractional p-Laplacian equation with biharmonic potential and critical nonlinear was considered. First, variational method is used to obtain the existence and nonexistence of ground state under different parameter β. Then, the technique of energy estimates was used to get the asymptotic properties of ground state as parameter β tends to critical case.

Keywords: Ground states ; Fractional p-Laplacian equations ; Energy estimates

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本文引用格式

韩娅玲, 向建林. 一类分数阶p-Laplace方程基态解的存在性及其渐进行为. 数学物理学报[J], 2020, 40(6): 1622-1633 doi:

Han Yaling, Xiang Jianlin. Existence and Asymptotic Behavior of Ground State for Fractional p-Laplacian Equations. Acta Mathematica Scientia[J], 2020, 40(6): 1622-1633 doi:

1 引言

本文考虑如下含调和位势和非线性项指数为质量临界情形的$ p $次分数阶Laplace方程

$ \begin{equation} (-\Delta)_p^su+|x|^2|u|^{p-2}u-\beta|u|^{p+\frac{sp^2}{N}-2}u = \nu|u|^{p-2}u, \end{equation} $

其中$ 0<s<1 $, $ p\in (1, \infty) $$ sp<N $, $ |x|^2 $是通常的调和位势, $ \beta>0 $是非线性项参数, $ (-\Delta)_p^s $表示分数阶$ p $-Laplace算子, 定义为

其中$ x, y\in {{\Bbb R}} ^N $, $ B_\varepsilon(x): = \{y\in {{\Bbb R}} ^N:|x-y|<\varepsilon\}. $

如果$ s = 1 $, 方程(1.1)就是一般的$ p $-Laplace方程, 相应方程非平凡解的存在性, 多重性以及解的相关性质研究结果非常丰富, 可参见文献[7-10, 12, 15-16]及其参考文献.其中文献[12]研究了解的存在性及其衰减性.文献[7]研究了正解的对称性.文献[8]研究了$ 1<p<2 $且位势是调和位势时方程(1.1)基态解的存在性, 并证明了非线性项参数趋于临界情形时基态解的集中行为.进一步, 文献[9]研究了一般$ p $情形且位势函数是阱位势时方程(1.1)基态解的存在性, 并证明了非线性项参数趋于临界情形时基态解的集中行为, 但是此时由于极限方程的解不具有唯一性, 因此相对而言基态解的集中行为比较困难.

$ 0<s<1 $, 方程(1.1)被称为分数阶$ p $-Laplace方程.分数阶Laplace方程由于其在数学物理和其它领域的广泛应用, 近年来受到许多数学研究者的关注, 是国内外研究热点, 特别是当$ p = 2 $时, 关于解的存在性、唯一性、多重性等情形非常多.文献[4]利用约束变分的方法得到了一维情形方程(1.1)基态解的存在性, 并用常微分方程理论得到了基态解的唯一性.进一步, 文献[5]中改进了常微分方程理论得到了高维情形方程(1.1)基态解的存在性和唯一性.而对于一般的$ p $, 解的存在性参见文献[11], 相应的极大值原理和解的对称性参见文献[2], 解的正则性结果参见文献[3].

本文的目的是希望能利用$ L^p $约束极小的方法, 将求解方程(1.1)基态解的存在性转化成求约束在$ L^p $流形上的泛函极小值问题.关于极小解存在性所用的方法来源于文献[8, 15-16].进一步, 关于极小解的渐近行为所使用的方法是能量估计, 来源于文献[10]和[8].但是由于是$ p $次分数阶Laplace方程, 相关结果较少, 所需的Gagliardo-Nirenberg不等式需要重新推导, 同时极限方程基态解的唯一性不能确定也带来了一定的困难.

研究方程(1.1)基态解的存在性, 可以考虑如下极小化问题

$ \begin{equation} m(\beta) = \inf \left\{E_\beta(u):u\in M\right\}, \end{equation} $

其中

$ [u]_{W^{s, p}}^p $表示Gagliardo半范数

$ s\in (0, 1) $, $ p\in[1, +\infty) $, 设$ W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N): = \{u\in L^p({{\Bbb R}} ^N):\frac{|u(x)-u(y)|}{|x-y|^{\frac{N}{p}+s}}\in L^p({{\Bbb R}} ^N\times {{\Bbb R}} ^N)\} $且具有范数

空间$ {\Bbb H} = \{u\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N): \int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u|^p{\rm d}x<\infty\} $, 很自然的可以在空间$ {\Bbb H} $中讨论方程(1.1)基态解的存在性.

$ E(u) = \frac{1}{p}[u]_{W^{s, p}}^p+\frac{1}{p}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u|^p{\rm d}x-\frac{\beta}{q}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |u|^{q}{\rm d}x $, 对任意固定的$ \varphi\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $$ \int_{{{\Bbb R}} ^N} |\varphi|^p{\rm d}x = 1 $.$ u_\lambda(x) = \lambda^{\frac{N}{p}}\varphi(\lambda x) $, 则容易计算得

因此当$ \lambda $比较大时, 可以得出$ q<p+\frac{sp^2}{N} $时泛函$ E(u_\lambda) $有下界, 而$ q>p+\frac{sp^2}{N} $时泛函$ E(u_\lambda) $无下界.则$ q = p+\frac{sp^2}{N} $$ L^p $约束极小存在与否的临界指数, 因此本文直接考虑$ L^p $约束临界即问题(1.2)极小解的存在性.

定义$ \beta^* = |Q|_p^{\frac{sp^2}{N}} $, 其中$ Q(x) $是方程

$ \begin{equation} (-\Delta)_p^s\varphi+\frac{sp}{N}|\varphi|^{p-2}\varphi = |\varphi|^{\frac{sp^2}{N}-2}\varphi, \ \; \; x\in{{\Bbb R}} ^N \end{equation} $

的径向基态解.针对问题(1.2)极小解的存在性, 本文结果如下:

定理1.1   (1)如果$ 0\leq \beta<\beta^* $, 则问题(1.2)至少存在一个非负极小解;

(2) 如果$ \beta \geq \beta^* $, 则问题(1.2)不存在极小解;

(3) 如果$ \beta<\beta^* $, 则$ m(\beta)>0 $, $ \lim\limits_{\beta\rightarrow \beta^*}m(\beta) = m(\beta^*) = 0 $.

利用细致的能量估计, 进一步可得基态解的渐近行为如下:

定理1.2   假设$ u_\beta $$ \beta<\beta^* $时极小化问题(1.2)的非负极小解, 设

则任意满足当$ n\rightarrow \infty $$ \beta_n\rightarrow \beta^* $的序列$ \{\beta_n\} $存在子列(仍记作$ \{\beta_n\} $), 使得

本文中, 不加特殊说明的情形下, $ C $表示常数, $ [u]_{W^{s, p}}^p $表示Gagliardo半范数, $ |u|_r $表示$ L^r({{\Bbb R}} ^N) $中的范数.

2 准备工作

相似文献[1]中紧性引理的证明, 可以得到如下嵌入紧性定理.

引理2.1   假设$ 2<p<q< p^* $, 则嵌入$ {\Bbb H}\hookrightarrow L^q({{\Bbb R}} ^N) $是紧的.

为了得到极小解的存在性, 需要相应的Gagliardo-Nirenberg不等式, 相似文献[14]中的证明, 结合文献[13]中的嵌入不等式, 可得如下Gagliardo-Nirenberg不等式.

引理2.2   设$ p\in [1, \infty) $, $ s\in (0, 1) $, $ sp<N $.则对任意$ u\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $, 有

$ \begin{equation} \int_{{{\Bbb R}} ^N}|u|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x\leq \frac{N+sp}{N|Q(x)|_p^{\frac{sp^2}{N}}}\left( \int_{{{\Bbb R}} ^N}|u|^p{\rm d}x\right)^{\frac{sp}{N}}[u]_{W^{s, p}}^p, \end{equation} $

其中函数$ Q(x) $是方程(1.3)的基态解, 且(2.1)式中等号成立当且仅当$ u $是基态解$ Q(x) $的伸缩平移.

  由文献[13], 对$ p^* = \frac{Np}{N-ps} $, 存在一个正的常数$ C = C(n, p, s) $, 使得

$ \begin{equation} |u|_{p*}^p\leq C\int_{{{\Bbb R}} ^N}\int_{{{\Bbb R}} ^N}\frac{|u(x)-u(y)|^p}{|x-y|^{N+sp}}{\rm d}x{\rm d}y. \end{equation} $

上式结合Hölder不等式可得

$ u_{\lambda, \mu}(x) = \mu u(\lambda x) $, 通过计算可得

$ J_{s, p}(u) $保持伸缩不变.进一步易知对任意的$ u\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $$ J_{s, p}(u)>0 $.可知存在一个非负极小化序列$ \{u_m\}\subset W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N)\cap L^{p+\frac{sp^2}{N}}({{\Bbb R}} ^N) $, 使得

上面公式显示

$ \begin{equation} \alpha = \lim\limits_{ m \rightarrow\infty}J_{s, p}(u_m) = J_{s, q}(v_m) = \lim\limits_{ m \rightarrow\infty}\inf\limits_{u\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N)}J_{s, p}(u). \end{equation} $

利用文献[6]中关于$ \int_{{{\Bbb R}} ^N}\int_{{{\Bbb R}} ^N}\frac{|u(x)-u(y)|^p}{|x-y|^{N+sp}}{\rm d}x{\rm d}y $的对称递减重排不等式, 记$ v_m $的对称递减重排为$ v_m^* $.$ v_m^* $满足

(ⅰ) $ v_m^*\geq 0 $, $ \forall x\in {{\Bbb R}} ^N $;

(ⅱ) $ v_m^* $是径向对称函数;

(ⅲ) 对任意$ r\in [1, \infty] $, 若$ v_m\in L^r({{\Bbb R}} ^N) $, 则$ |v_m^*|_r = |v_m|_r $;

(ⅳ) 若$ v_m\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $, 则

进一步可得

这意味着序列$ \{v_m^*\} $也是一个极小化序列且$ v_m^* = v_m^*(|x|) $关于$ |x| $是径向单调递减的.类似文献[12], 可得

$ \begin{equation} |v_m^*|\leq |x|^{-\frac{N}{p}}, \end{equation} $

$ |v_m^*|_p = 1 $.利用条件(ⅲ)和(ⅳ), 可得

$ \{v_m^*\} $在空间$ W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $中有界.则存在序列$ \{v_m^*\} $的一个子列, 仍记作$ \{v_m^*\} $, 存在$ v\in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $, 使得

由(2.4)式, 可进一步推导得$ v_m^*\rightarrow v, \ \mbox{in } L^{t}({{\Bbb R}} ^N), \ p<t<p^*. $

从而$ |v|_p = [v]_{W_{s, p}}^p = 1 $且在空间$ W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $$ v_m^*\rightarrow v $.进一步可知函数$ v $满足如下Euler-Lagrange方程

代入$ \alpha = \frac{1}{|v|_{p+\frac{sp^2}{N}}^{p+\frac{sp^2}{N}}} $, $ |v|_p = |v| = 1 $, 有

$ v = \left(\frac{N}{\alpha (N+sp)}\right)^{\frac{1}{\frac{sp^2}{N}}}\varphi $, 可得函数$ \varphi $满足方程

$ \begin{equation} (-\Delta)_p^s\varphi+\frac{sp}{N}|\varphi|^{p-2}\varphi = |\varphi|^{q-2}\varphi, \ \ \mbox{ in } {{\Bbb R}} ^N. \end{equation} $

假设函数$ Q(x) $是方程(2.5)的一个基态解, 则

进一步, 利用Pohozaev恒等式和方程(2.5), 通过计算可得

$ \begin{equation} [Q]_{W^{s, p}}^p = \int_{{{\Bbb R}} ^N}|Q|^p{\rm d}x = \frac{N}{N+sp}\int_{{{\Bbb R}} ^N}|Q|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x. \end{equation} $

引理2.2得证.

引理2.3   设$ 0\leq \beta<\beta^* $, $ u_\beta $是极小化问题(1.2)的解, 则存在常数$ \gamma>0 $, 使得

其中$ C(s, p, N) = \frac{1}{p\beta^*\frac{N+2}{sp+2}} \left[\big(\frac{2}{sp}\big)^{\frac{sp}{sp+2}}+\big(\frac{sp}{2}\big)^{\frac{sp}{sp+2}}\right]\left(\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|Q|^p{\rm d}x\right)^{\frac{sp}{sp+2}} $.

  由引理2.2中的Gagliardo-Nirenberg不等式结合Young不等式可知

$ \alpha>0 $充分小, 取$ c = \alpha(\beta^*-\beta)^{\frac{2}{2+sp}} $, 则由上述表达式可知存在$ \gamma>0 $, 使得

$ \begin{equation} m(\beta)\geq \gamma(\beta^*-\beta)^{\frac{2}{2+sp}}. \end{equation} $

$ u_{\lambda}(x) = \frac{\lambda^{\frac{N}{p}}}{|Q|_{p}}Q(\lambda x) $, 则

$ \lambda = \Big( \frac{2(\beta^*)^{1-\frac{N}{sp}}}{sp(\beta^*-\beta)}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|Q|^p{\rm d}x\Big)^{\frac{1}{sp+2}} $, 可得

其中$ C(s, p, N) = \frac{1}{p\beta^*\frac{N+2}{sp+2}} \left[\big(\frac{2}{sp}\big)^{\frac{sp}{sp+2}}+\big(\frac{sp}{2}\big)^{\frac{sp}{sp+2}}\right]\left(\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|Q|^p{\rm d}x\right)^{\frac{sp}{sp+2}} $.引理2.3得证.

引理2.4   若$ u_\beta $是极小化问题(1.2)的一个极小解, 则存在一个与$ \beta $无关的正常数$ A $, 使得当$ \beta\rightarrow\beta^* $时有

  利用引理2.2中的Gagliardo-Nirenberg不等式有

上式结合引理2.3可得

其中$ A = \frac{p(N+sp)}{N}C(s, p, N) $.现假设$ 0<\delta<\beta $, 可得

结合引理2.3可得

其中$ \theta = \frac{\beta-\delta}{\beta^*-\beta} $.$ \beta $充分靠近$ \beta^* $时, $ \theta $足够大, 使得$ \frac{\gamma(1+\theta)^{\frac{2}{sp+2}}-C(s, p, N)}{\theta}>0 $.引理2.4得证.

3 定理证明

定理1.1的证明   对任意的$ u\in M $, 由引理2.2中的Gagliardo-Nirenberg不等式有

$ \beta^* $的定义有

$ \begin{equation} E_\beta(u)\geq \left(1-\frac{\beta}{\beta^*}\right)\frac{1}{p}[u]_{W^{s, p}}^p+\frac{1}{p}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u|^p{\rm d}x. \end{equation} $

(1) 当$ \beta<\beta^* $时.由(3.1)式知$ E_\beta(u)\geq 0 $, 因此泛函$ E_\beta(u) $有下界.

$ \{u_n\}\subset M $是问题(1.2)的一个非负极小化序列, 由定义有

结合(3.1)式可得

由此可知

由引理2.1, 存在序列$ \{u_n\} $的子序列, 仍记作$ \{u_n\} $, 存在$ u\in {\Bbb H} $, 使得在空间$ {\Bbb H} $$ u_n\rightharpoonup u $, 在空间$ L^q({{\Bbb R}} ^N) (p\leq q<p^*) $$ u_n\rightarrow u $.因此

进一步可知$ u\geq 0 $.而后由范数的弱下半连续性可知

$ u\in {\Bbb H} $$ m(\beta) $的极小解.

(2) 当$ \beta>\beta^* $时.对常数$ \lambda $, 设

$ \begin{equation} u_{\lambda}(x) = \frac{\lambda^{\frac{N}{p}}}{|Q|_{p}}Q(\lambda x). \end{equation} $

通过计算并利用(2.6)式可知

进一步

这意味着当$ \beta>\beta^* $时问题(1.2)不存在极小解.

$ \beta = \beta^* $.此时

而由(3.1)式有$ E_\beta(u)\geq \int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u|^p{\rm d}x\geq 0, $$ m(\beta^*)\geq 0 $.因此$ m(\beta^*) = 0 $.此时若$ m(\beta^*) $存在极小元$ u_1\in M $, 不妨设$ u_1 $是非负的, 有

$ \begin{equation} \int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u_1|^p{\rm d}x = 0. \end{equation} $

$ u_1 = 0, $ a.e. $ x\in {{\Bbb R}} ^N $, 这与$ u_1\in M $矛盾.因此当$ \beta = \beta^* $时极小化问题(1.2)不存在极小解.

(3) 的证明.由(3.1)式可知当$ \beta<\beta^* $时, $ m(\beta)\geq 0 $, 进而可得$ m(\beta)>0 $.类似于(2)中(3.2)式的取法并令$ \lambda = (\beta^*-\beta)^{-\frac{1}{sp+1}} $, 可得当$ \beta\rightarrow \beta^* $时, 有

因此可得$ \lim\limits_{\beta\rightarrow \beta^*}m(\beta) = m(\beta^*) = 0. $

定理1.2的证明   设$ u_\beta $是极小化问题(1.2)的极小解, 则

$ \varepsilon_\beta = (\beta^*-\beta)^{\frac{1}{sp+2}} $, 因此可得

$ v_\beta(x) = \varepsilon_\beta^{\frac{N}{p}} u_\beta(\varepsilon_\beta x) $, 通过计算可得

$ \begin{equation} [v_\beta]_{W^{s, p}}^p = \varepsilon^{sp}[u_\beta]_{W^{s, p}}^p\leq \varepsilon^{sp} p\beta^*C(s, p, N)\varepsilon_\beta^{-sp} = p\beta^*C(s, p, N), \end{equation} $

$ \begin{equation} \int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|v_\beta|^p{\rm d}x = \varepsilon_\beta^{-2}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u_\beta|^p{\rm d}x\leq pC(s, p, N). \end{equation} $

再由引理2.4可得

取序列$ \{\beta_n\} $, 且当$ n\rightarrow \infty $$ \beta_n\rightarrow \beta^* $.由(3.4)和(3.5)式容易得序列$ \{v_{\beta_n}\} $在空间$ {\Bbb H} $中有界, 因此存在序列$ \{v_{\beta_n}\} $的一个子序列, 仍记作$ \{v_{\beta_n}\} $, 存在$ v\in {\Bbb H} $, 使得在空间$ {\Bbb H} $$ v_{\beta_n}\rightharpoonup v $, 在空间$ W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $$ v_{\beta_n}\rightharpoonup v $, 在空间$ L^q({{\Bbb R}} ^N)(p\leq q<p^*) $$ v_{\beta_n}\rightarrow v $.

另一方面, 由于$ u_{\beta_n} $是极小化问题(1.2)的非负极小解, 从而$ u_{\beta_n} $满足方程

$ \begin{equation} (-\Delta)_p^su_{\beta_n}+|x|^2|u_{\beta_n}|^{p-2}u_{\beta_n}-\beta_n|u_{\beta_n}|^{p+\frac{sp^2}{N}-2}u_{\beta_n} = \mu_{\beta_n}|u_{\beta_n}|^{p-2}u_{\beta_n}, \end{equation} $

其中Lagrange乘子

上式结合引理2.3和引理2.4可得存在一个常数$ \nu>0 $, 使得

进一步, 由定义可知

因而函数$ v_{\beta_n} $满足方程

$ \begin{equation} (-\Delta)_p^sv_{\beta_n}+\varepsilon_{\beta_n}^{sp}|\varepsilon_{\beta_n}x|^2|v_{\beta_n}|^{p-2}v_{\beta_n} -\beta_n|v_{\beta_n}|^{p+\frac{sp^2}{N}-2}v_{\beta_n} = \mu_{\beta_n}\varepsilon_{\beta_n}^{sp}|v_{\beta_n}|^{p-2}v_{\beta_n}. \end{equation} $

对每个$ \varphi \in W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $, 定义一个泛函$ T:W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N)\rightarrow (W^{s, p})' $

由方程(3.7)可知

而由$ v_{\beta_n} $在空间$ W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $中的弱收敛性可知

$ \begin{equation} \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\langle T(v_{\beta_n})-T(v), v_{\beta_n}-v\rangle = 0. \end{equation} $

进一步, 利用下述不等式:对任意的$ \xi, \eta\in {{\Bbb R}} ^N $, 有

其中$ C_p, \tilde{C}_p $是仅依赖于$ p $的常数, 由(3.8)式有

因此在空间$ W^{s, p}({{\Bbb R}} ^N) $中有$ v_{\beta_n} \rightarrow v $.$ v $满足

$ \begin{equation} (-\Delta)_p^sv-\beta^*v^{p+\frac{sp^2}{N}-1} = -\nu v^{p-1}. \end{equation} $

进而由文献[2]中极大值原理可得$ v>0 $.

$ u_{\beta_n} $$ v_{\beta_n} $的定义, 可以计算能量得

$ \begin{eqnarray} m(\beta_n)& = &E_{\beta_n}(u_{\beta_n}) = \frac{1}{p}[u_{\beta_n}]_{W^{s, p}}^p+\frac{1}{p}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|u_{\beta_n}|^p{\rm d}x-\frac{ N\beta_n}{p(N+sp)}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |u_{\beta_n}|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x\\ & = &\frac{1}{p\varepsilon_{\beta_n}^{sp}}[v_{\beta_n}]_{W^{s, p}}^p+\frac{\varepsilon_{\beta_n}^{2}}{p}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|v_{\beta_n}|^p{\rm d}x-\frac{ N\beta_n}{p(N+sp)\varepsilon_{\beta_n}^{sp}}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |v_{\beta_n}|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x\\ &\geq& \frac{\varepsilon_{\beta_n}^{2}}{p}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|v_{\beta_n}|^p{\rm d}x+\frac{N\varepsilon_{\beta_n}^2}{p(N+sp)}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |v_{\beta_n}|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x. \end{eqnarray} $

$ v $代入方程(3.9)并计算可得$ \tilde{Q} $是方程(1.3)的解, 由于$ v $满足方程(3.9), 结合Pohozaev恒等式可知$ \tilde{Q} $是方程(1.3)的基态解.因此存在$ x_0\in {{\Bbb R}} ^N $, 使得$ \tilde{Q} = Q(x+x_0) $, 这意味着

$ \begin{equation} v = \left(\frac{N\nu}{sp\beta^*}\right)^{\frac{N}{sp^2}}Q\left(\left(\frac{N\nu}{sp}\right)^{\frac{1}{sp}}(x+x_0)\right). \end{equation} $

由(3.11)和(2.6)式, 且$ Q $是径向对称函数, 可得

$ \begin{eqnarray} &&\liminf\limits_{n\rightarrow \infty}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|v_{\beta_n}|^p{\rm d}x\geq\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|v|^p{\rm d}x \end{eqnarray} $

$ \begin{eqnarray} & = &(\beta^*)^{-\frac{N}{sp}}\left(\frac{N\nu}{sp}\right)^{-\frac{2}{sp}}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x-\left(\frac{N\nu}{sp}\right)^{\frac{1}{sp}}x_0|^2|Q|^p{\rm d}x\\ &\geq& (\beta^*)^{-\frac{N}{sp}}\left(\frac{N\nu}{sp}\right)^{-\frac{2}{sp}}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|Q|^p{\rm d}x, \end{eqnarray} $

$ \begin{equation} \lim\limits_{n\rightarrow \infty}\int_{{{\Bbb R}} ^N} |v_{\beta_n}|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x = \int_{{{\Bbb R}} ^N} |v|^{p+\frac{sp^2}{N}}{\rm d}x = \frac{\nu(N+sp)}{sp\beta^*}. \end{equation} $

结合(3.10), (3.12)和(3.14)式可得

上式能取等号当且仅当$ x_0 = 0 $

从而由引理2.3可得

$ \mu = \left(\frac{2\int_{{{\Bbb R}} ^N} |x|^2|Q|^p{\rm d}x}{sp}\right)^{\frac{1}{2+sp}} $, 将$ \nu $$ x_0 $代入表达式(3.11)可得

定理1.2的证毕.

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