不可压液晶方程组的Serrin解
Serrin's Type Solutions of the Incompressible Liquid Crystals System
Received: 2020-10-23
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作者简介 About authors
刘宪高,E-mail:
刘子轩,E-mail:
In this paper, we study the nematic liquid crystals system under the simplified Ginzburg-Landau model, which is probably the simplest mathematical model that one can derive, without destroying the basic nonlinear structure [
Keywords:
本文引用格式
闵建中, 刘宪高, 刘子轩.
Min Jianzhong, Liu Xiangao, Liu Zixuan.
1 引言
本文主要研究以下
这里
在研究液晶方程组的弱解的正则性中起着非常重要的作用. 本文中称这一类的弱解为Serrin解. 林芳华和柳春在文献[1]中首次证明了当初值
定理1.1 设
对于任意的
存在
这里
注1.1 对于任意给定的初值条件
2 准备工作
为了证明本定理, 我们先给出方程组(1.1)的弱解定义. 设
定义2.1 如果
这里
注2.1 文献[1]已经证明, 当
所以我们的定理的初始条件自然保证了整体弱解的存在性.
本文的主要定理可以看成经典的热方程的能量估计和线性Stokes方程的连续逼近的一个直接应用. 在正式证明之前我们先给出线性Stokes方程组的存在性的结果:
这里
根据以下的Helmholtz-Weyl型的分解引理(参见文献[12]), 只要设
引理2.1 设
则存在一个张量场
也就是说我们把Stokes方程(2.4) 化为以下的非齐次热方程
引理2.2 对于问题(2.6), 设
同时假设
这里
则问题(2.4)存在唯一弱解
并且此弱解
这里
在证明本文的主要定理之前, 为方便读者, 我们还需要列出以下的引理的结果. 引理的第一个结论利用Young不等式直接可得, 第二部分只要使用Marcinkiewicz插值定理[13].
引理2.3 设
则存在正常数
3 主要定理的证明
3.1 主要定理的证明解的存在性
本节我们证明主要定理1.1, 即以下不可压液晶方程初值问题的解的存在性唯一性
证 我们主要采用的连续逼近的方法, 证明过程中用
令
设
需要指出的是, 以上方程的解都是在时空区域
以及
这里, 我们用到不等式
由式(2.9), 直接计算可以导出
又由式(2.10), 得到
这里我们用到了不等式
由式(2.11), 得到
以上最后两步, 用到了以下的Hölder不等式
这里的指数满足
我们断言以下的解序列在
设
这里
我们接下来证明以下一致估计
由式(3.3), (3.4), 可得
于是, 要式(3.9), (3.10)成立, 只要下列条件满足即可
接下来, 我们显示式(3.7), (3.8) 在以下两种情形下成立.
情形1 如果
于是令
要式(3.9)成立, 只要选取适当的
类似地, 根据
令
同时取
只要选取适当的
容易得出式(3.10)成立.
情形2 如果
这里指数满足
同理可得
令
让
即有式(3.7), (3.8)成立. 于是我们得到
由式(3.5), (3.6), 可推出
于是在
选取适当的
则有
当
接下来我们证明序列
由于
于是选取适当的正常数
有
由压缩映像原理知
同时, 根据估计式
得到
于是
3.2 Serrin解的唯一性
证 设
把
可知
以上方程组(3.21)中第一个方程两边乘以
同理在方程组(3.22)中第三个方程两边同乘
注意到
结合Young不等式
这里我们取
记
把式(3.25)–(3.27) 代入式(3.22)和(3.23)得到
这里
即
于是
参考文献
Nonparabolic dissipative systems modeling the flow of liquid crystals
,DOI:10.1002/cpa.3160480503 [本文引用: 6]
Serrin's regularity results for the incompressible liquid crystals system
,DOI:10.3934/dcds.2016045 [本文引用: 4]
$L^{3, \infty}$ solutions of the liquid crystals system
,DOI:10.1016/j.jde.2019.03.027 [本文引用: 1]
Une remarque sur l'unicité des solutions des équations de Navier-Stokes en dimension n
,
On the interior regularity of weak solutions of the Navier-Stokes equations
,DOI:10.1007/BF00253344 [本文引用: 1]
Partial regularity of the dynamic system modeling the flow of liquid crystals
,
Partial regularity of suitable weak solutions of the navier-stokes equations
,DOI:10.1002/cpa.3160350604 [本文引用: 1]
Global solution to the three-dimensional incompressible flow of liquid crystals
,DOI:10.1007/s00220-010-1017-8 [本文引用: 2]
Finite time singularity of the nematic liquid crystal flow in dimension three
,DOI:10.1007/s00205-016-0983-1 [本文引用: 1]
Blow up criterion for nematic liquid crystal flows
,DOI:10.1080/03605302.2012.659366 [本文引用: 1]
Partial regularity of the dynamic system modeling the flow of liquid crystals
,
Solutions for semilinear parabolic equations in $L^{p}$ and regularity of weak solutions of the Navier-Stokes system
,DOI:10.1016/0022-0396(86)90096-3 [本文引用: 2]
Semilinear evolution equations in Banach spaces
,DOI:10.1016/0022-1236(79)90040-5
Local existence and nonexistence for semilinear parabolic equations in $L^{p}$
,DOI:10.1512/iumj.1980.29.29007 [本文引用: 1]
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