一类带临界指数增长的椭圆型方程组两个正解的存在性
The Existence of Two Positive Solutions to an Elliptic System with Critical Sobolev Exponents
Received: 2020-07-29
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In this paper, we consider the Existence of Solutions of an Elliptic System with Critical Sobolev Exponents
Keywords:
本文引用格式
万优艳, 谢俊.
Wan Youyan, Xie Jun.
1 引言
本文中, 我们将对带临界指数增长的椭圆型方程组的解进行研究
其中
Alves, Morais Filho和Souto在文献[1]中证明了一类不带扰动项
受以上文献的启发, 我们希望得到问题(1.1)–(1.4)除了文献[4]中能量小于零的局部极小值解以外, 还有多解的存在性. 我们通过Ljusternik-Schnirelman簇数的方法得到问题(1.1)–(1.4)的两个能量大于零的正解. 我们的主要结果如下.
定理1.1 假设
记
其中
为了得到方程组的两个正解, 我们将借助Ljusternik-Schnirelman簇数的知识, 并应用以下两个引理的结论.
(1) 任给
(2)
则
引理1.3[7] 设
使得
则
首先, 我们得到一个全局紧的结论: 存在正偶数
使得
所以(1.5)式不成立.
本文的第二部分我们将建立文章的基本框架、讨论能量泛函的性质、研究全局紧的结论、得到
由于在讨论能量泛函的性质时, 我们需要用到能量泛函的二阶导数, 因此本文的结论只对
2 预备知识和$ (PS) _c $ 条件
记E为Sobolev空间
记
令
由文献[1, 定理5], 我们得到
根据文献[8, 引理1.42], 我们得到
其中
若
记
记
引理2.1 假设
证 对于任意的
若
由于
并且当
又由于
即有
由条件
其中
即
往证
又通过(2.5)式,
即有
因为
引理2.2 假设
(ⅰ)
(ⅱ) 若
证 (ⅰ) 证明方法见文献[8].
(ⅱ) 假设
所以
的一个弱解. 因为
由于
所以
引理2.3 假设
(ⅰ)
(ⅱ) 存在
证 (ⅰ) 因为
于是
因为
令
所以(2.11)式成立.
(ⅱ)通过(2.11)式和引理2.1, 我们知道
所以, 存在
引理2.4 假设
(ⅰ) 对于任意
(ⅱ) 如果
并且
(ⅲ) 如果
证
(ⅰ) 注意到
所以
令
(ⅱ) 已知
其中
由(2.16)和(2.19)式可知
根据(2.12), (2.17)和(2.20)式, 我们可以得出(2.13)式成立. 由(2.12)和(2.18)式可以得出
(ⅲ) 假设
因为
即
引理2.4证毕.
引理2.5 假设
(ⅰ)
(ⅱ) 如果
证明见文献[4, 引理2].
注2.6
引理2.7 当
证明见文献[4, 引理3].
引理2.8 令
(ⅰ)
(ⅱ)
(ⅲ)
证 (ⅰ) 由(2.9)式, 我们知道: 对任意
假设
(1) 根据引理2.4的(ⅱ)可知: 存在唯一的
(2) 由引理2.2, (2.14)和(2.20)式可知: 对于任意
是连续的. 通过(2.13)式可知
根据隐函数定理可知: 存在
同时
由于
于是对于任意
(ⅱ) 根据(2.12)式可知
(ⅲ) 如果
那么
引理2.9 假设
的非平凡解
其中
其中
引理2.10 如果
(ⅰ) 当
(ⅱ) 假设
那么存在
其中
证 (ⅰ) 由引理2.3的(ⅰ)和(2.4)式, 我们有
因为
综上所述可知
(ⅱ) 根据(2.12)和(2.22)式可知: 当
并且有
所以,
并且有
我们断定
我们有
于是
从而
又因为
我们可以得到
于是
因为
由(2.25)和(2.28)式, 我们得到
于是,
所以
运用同样的方法可以得到
引理2.10得证.
引理2.11 假设非负函数
(ⅰ)
(ⅱ) 当
证 (ⅰ) 根据引理2.1, 我们得到
由引理2.3可知, 当
即如果
即
另一方面, 由引理2.3可知: 对于任意
因为当
对于任意固定的
(ⅱ) 注意到对于任意的
有
事实上, 将(2.29)和(2.30)式两边分别同时乘以
于是
因为
由引理2.10, 我们知道: 当
所以, 由引理2.10可以得到: 在
引理2.11得证.
3 构建$ F\circ G $ 与恒等映射同伦
记
使
我们先构造映射
引理3.1 假设
证
因为
将(3.3)式代入(3.2)式中, 就有
根据(2.1)式, (2.2)式和类似于(2.4)式的证明, 我们可以得到
由
于是, 对于任意
因此
因为
所以存在
于是, 当
因为
类似地, 我们有
其中
如果
如果
于是, 存在
引理3.1得证.
注3.2 当
引理3.3 假设
此外, 映射
是连续的.
证 这里我们要运用到隐函数定理. 令
于是(3.11)式成立的充分必要条件是
我们有
一方面, 假设(3.11)式是成立的, 就有
即
故
另一方面, 假设
由(3.12)式和引理2.4的(ⅱ)可知:如果有
由(2.1), (2.2)和(2.7)式, 我们得到: 当
根据隐函数定理可知: 在
定义映射
其中
引理3.4 假设
证 由
根据引理3.1, 有
引理3.4得证.
引理3.5 假设
证 因为
于是, 存在
取
由(3.13)式可知
取
引理3.5得证.
其次, 我们构造映射
引理3.6 假设非负函数
证 由引理2.1可知:
那么, 存在
即
假设
类似地, 我们有
于是
因此
由文献[3, 引理3.2.6], 我们得到
其中
其中
引理3.7 假设
其中
证 由引理2.3的(ⅰ)可知: 对于任意的
注意到
存在
于是, 对任意
由(3.16)–(3.18)式可得结论是成立的.
定义映射
由引理3.6和3.7可知: 当
所以
引理3.8 假设
与恒等映射同伦.
证 假设
令
定义
首先,
于是, 对于充分小的
其中
其次, 我们将证明
我们断言
由文献[3]中的引理3.2.8可知: 对于任意的
于是, 对于任意的
因此, 对于任意
所以(3.19)式成立. 根据
所以
4 方程组两个正解的存在性的证明
定理1.1的证明 由引理2.11的(ⅱ), 引理3.8, 引理1.2和引理1.3可知
中至少有两个临界点
根据引理2.3的(ⅱ), 我们可得
通过引理2.2的(ⅱ)和引理2.8的(ⅱ)我们得到
参考文献
On systems of elliptic equations involving subcritical or critical Sobolev exponents
,DOI:10.1016/S0362-546X(99)00121-2 [本文引用: 3]
High-energy positive solutions for a critical growth Dirichlet problem in noncontractible domains
,DOI:10.1016/j.na.2004.08.034 [本文引用: 2]
Multiple solutions for inhomogeneous critical semilinear elliptic problems
,DOI:10.1016/j.na.2007.02.005 [本文引用: 5]
一类带变位势的临界指数增长的椭圆型方程组正解的研究
,
Discussion on positive solutions of an elliptic system with variable potentials involving critical Sobolev exponents
Critical Points and Nonlinear Variational Problems
,DOI:10.24033/msmf.362 [本文引用: 1]
Four positive solutions for a semilinear elliptic equation:
DOI:10.1007/s005260050003 [本文引用: 1]
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