非线性临界Kirchhoff型问题的正基态解
Positive Ground State Solutions for Nonlinear Critical Kirchhoff Type Problem
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收稿日期: 2020-04-17
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Received: 2020-04-17
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In this paper, we consider the following Kirchhoff type problem
Keywords:
本文引用格式
成艺群, 滕凯民.
Cheng Yiqun, Teng Kaimin.
1 引言
本文研究如下Kirchhoff型问题
正基态解的存在性, 其中
问题(1.1) 与下面方程
对应的稳态相关. 1983年, 作为经典D'Alembert波动方程的延伸, Kirchhoff[1]在研究拉伸弦的横向振动, 特别是考虑到横向振动引起的弦的长度变化时首次提出方程(1.2), 其中
近年来, 采用非线性分析的工具和变分方法, 许多学者对下列非线性Kirchhoff型方程
进行了大量的研究, 建立了基态解, 束缚态解和半经典态解等的存在性和多重性. 例如: 当
关于基态解的研究方面, 最近, Li和Ye[8]假设
(ⅰ)
(ⅱ) 对任意的
(ⅲ) 存在
采用单调性技巧, Pohozaev-Nehari流形和全局紧性引理证明了当
受上述文献的启发, 本文考虑具有小临界扰动项的问题(1.1) 基态解的存在性. 与上述文献相比, 我们只需求
若
定理1.1 假设
那么存在
当位势
定理1.2 假设
其中
注意到当
此篇论文的结构如下. 在第2节, 将给出一些符号且回忆了一些学过的知识. 在第3节, 将给出定理1.1和定理1.2的证明.
2 准备工作
不失一般性, 假设
同时, 在这里我们将引入一种等价范数
事实上
显然成立. 反之, 根据
问题(1.1) 对应的能量泛函是
显然,
且其对应的泛函为
与
定义泛函
定义
注意到, 当
引理2.1 (ⅰ) 存在唯一
且
(ⅱ) 对任意的
(ⅲ) 对任意的
证 根据标准的讨论, 可得(ⅰ) 成立.
(ⅱ) 对任意的
即
成立, 其中
(ⅲ) 设
由上式和(2.3) 式可得
从(2.4) 式可得
其中
命题2.1 下列估计成立
其中
证 注意到(2.8) 式中的
即
事实上, 下列问题
的正解具有如下形式
事实上, 最佳Sobolev常数
注意到, 对任意的
即
通过计算得
因此, 由上式可知
另一方面, 关于Sobolev常数
从而由(2.11) 式和(2.12) 式可得(2.8) 式成立.
现在, 设径向函数
由
利用Lebesgue控制收敛定理可得
类似可得
由(2.16) 式和插值不等式可知,
断言当
即
由
即
从而推出了
注意到
因此, 由
推论2.1 对充分小的
证 由(2.6)式可知,
利用引理2.1的(ⅲ) 可得,
对于极限问题(2.1), 有下面的存在性结果.
定理2.1 存在
证 令
易证
又
断言当
这意味着对任意的
从而, 利用
其中
由
断言成立.
令
由(2.20) 式, Brezis-Lieb引理和
因此
利用(2.24) 式, 有
由(2.25) 式和(2.26) 式可得
若当
若
从(2.27) 式和
由(2.26) 式可得
结合(2.28) 式, 有
这与(2.19) 式矛盾. 因此可得
由(2.24) 和(2.29) 式, 可知
为证明
引理2.2
证 设
由引理2.1(ⅲ) 的证明, 易得
由
上式令
3 基态解的存在性
本节主要通过分析在水平
引理3.1 设
证 由
这蕴含了
命题3.1 假设
证 设
这意味着
现在, 利用文献[29] 中的集中紧性原理去建立序列
(1) (消失性) 若
利用消失引理[28, 引理1.21]可得, 对于
这意味着
和
因此, 可假设
然后由(3.3) 式和
即
另一方面, 有
这与
(2) (二分性) 证明二分性不会发生. 用反证法, 假设存在
因此, 这里存在
这意味着
令
其中
由
类似地, 有
因此, 很容易得到
令
事实上, 由(3.5) 式可得
因此, 由(3.8) 式和(3.10)–(3.12) 式可得
因为
由(3.6), (3.7) 和(3.13) 式可得
从而证明了(3.9) 式.
考虑另一截断函数
从(3.9) 式和
这意味着
类似地, 由(3.12) 式可得
现在区分以下两种情况.
情形1 若
由
且由
令
此时可断言
事实上, 由(3.9) 式可得, 当
从(3.9) 式得, 当
类似地, 有
且根据(3.12) 和(3.17) 式, 可得
因此, 由(3.19)–(3.22) 式可推出(3.18) 式. 因为
这就产生了矛盾.
情形2 若
类似于
据以上讨论, 序列
断言序列
因此,
这与条件
因为
因此, 从(3.23) 式可推导出当
令
从而有
此外, 有
由(3.26) 和(3.27) 式可得
若当
若
由(3.28) 式和
这意味着
即
由(3.27) 式, 有
结合(3.29) 式, 有
这与
定理1.1的证明 假设
事实上, 定理2.1中的方程(2.1) 的基态解
采用定理2.1的证明方法(产生出
定理1.2的证明 设
事实上, 若(3.31) 式成立, 则
为证明(3.31) 式, 令
现在, 由于
注意到, 由(1.7) 式和
由(1.7), (3.33)和(3.34)式, 可推得(3.32) 成立.
最后, 断言当
由上式易推得
即
上式蕴含了
由引理2.2可得: 当
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Existence and asymptotic behaviour of ground state solutions for Kirchhoff-type equations with vanishing potentials
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Ground state sign-changing solutions for Kirchhoff type problems in bounded domains
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