一类高阶Camassa-Holm型方程整体弱解的存在性
Global Weak Solutions to a High-Order Camass-Holm Type Equation
Received: 2021-04-15
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The viscous approximation technique is employed to investigate the existence of global weak solutions for a high-order Camassa-Holm type equation. A higher integrability estimate of the viscous solutions for the equation and the upper bound estimate on the space derivative of its viscous solutions are derived to prove the existence.
Keywords:
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罗可欣, 赖绍永.
Luo Kexin, Lai Shaoyong.
1 引言
考虑如下高阶Camassa-Holm型方程
近年来, 许多学者研究了方程(1.1) 的动力学性质. Himonas和Thompson[18]研究了方程(1.1) 的两种性质: 持续性和唯一延拓性. Grayshan和Himonas [12]研究了方程(1.1) 的孤立波解. 应用Galerkin近似方法, Himonas和Holliman [16]讨论了方程(1.1) 在Sobolev空间中的局部适定性. 假设初值具有紧支集, 文献[17]研究了方程(1.1) 的解在无穷远处的渐近行为. Anco等[1]在一定假设下讨论了方程(1.1) 的一类孤立子解. 利用Lie对称性分析, Wei等[26]给出了方程(1.1) 的一些守恒律. 文献[15]讨论了方程(1.1) 的位势紧性和长时间行为. 方程(1.1)解的详细渐近描述在文献[13]中给出. 与方程(1.1) 有关的其他结果, 参见文献[3-8, 10, 11, 14, 19-22, 24, 25, 27, 29].
对于任意整数
这里常数
文章的第二节给出相关引理. 第三节给出本文的主要结果及其证明.
2 相关引理
考虑方程(1.2) 的初值问题
问题(2.1) 等价于如下问题
这里
即
定义2.1 一个连续函数
定义算子
引入光滑算子
这里
对(2.3)式关于变量
在下面的讨论中, 我们用
引理2.1 假设
或
证 根据文献[5]的结论, 我们知道问题(2.3) 存在唯一解
上式对
引理2.2 假设
证 我们有
以及
使用(2.4), (2.11)和(2.12)式, 函数
和
事实上, 我们得到
和
这样我们推导出了(2.7)和(2.8) 式. 类似地, 使用(2.4), (2.5), (2.11) 和(2.12) 式有
于是我们证明了(2.9)和(2.10) 式成立.
引理2.3 若
证 为了便于书写, 我们记
因为
则
由此可得
又因为
我们有
使用H
使用(2.16) 式和Gronwall不等式, 我们推知(2.14) 式成立.
引理2.4 假设
证 因
假设
于是知
引理2.4得证.
引理2.5 存在序列
证 对任意
因为
因
引理2.6 假设
证 为了书写方便, 记
使用引理2.2, (2.4)和(2.21) 式有
以及
从而有
注意到
和
我们得到
于是有
使用(2.4)和(2.12) 式得
进一步得
因为
于是有
使用引理2.1–2.3和(2.4) 式得
使用(2.23), (2.24), (2.26)–(2.29) 式和引理2.2, 我们推导出
后续的讨论中, 我们使用上横线来表示空间
引理2.7 存在序列
此外, 对任意
和
证 由引理2.5知(2.30)和(2.31) 式成立. 结合引理2.5和(2.30) 式, 我们得到(2.33) 式成立.
我们用
由(2.5) 式可得
引理2.8 假设凸函数
这里
证 应用引理2.5–2.7, 在(2.34) 式中令
注2.1 我们有
令
引理2.9 对任意
证 使用引理2.5–2.7, 在(2.5) 式中令
引理2.10 假设凸函数
证 假设
且
因凸函数
引理2.11[28] 若
引理2.12[28] 若
这里
且
引理2.13[28] 假设
引理2.14 若
证 对任意
注意到
使用引理2.13知
结合(2.36)和(2.37)式, 在空间
且
由(2.46)–(2.50) 式得
对(2.51) 式在
令
引理2.15 假设
证 假设常数
因为
使用注2.1和引理2.13有
使用(2.53)和(2.54) 式得
对(2.55) 式在
使用引理2.14有
使用(2.56)、(2.57) 式和注2.1有
使用等式
引理2.16 假设
证 使用引理2.14和2.15, 我们有
事实上, 从引理2.6可知, 存在一个正常数
应用注2.1和引理2.13有
因为函数
由(2.59) 式得
让
由(2.58)和(2.60) 式得
使用Gronwall不等式, 我们有
使用Fatou引理, 注2.1和(2.32)式, 令
于是便知引理2.16成立.
3 主要结果及其证明
定理3.1 假设
证 (a) 和(b) 可由引理2.3和2.4直接得到, 由引理2.16, 在空间
于是, 我们知道
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