一类边界条件含谱参数的微分算子
A Class of Differential Operators with Eigenparameter Dependent Boundary Conditions
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收稿日期: 2021-05-20
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Received: 2021-05-20
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In this paper, A class of third-order differential operators with transition conditions and two boundary conditions containing spectral parameters is studied, and the analytical method is used to do two aspects of work. First, by constructing a new space and a new operator, the eigenvalues of the problem and the operator are connected so that the eigenvalues of the original problem are consistent with the eigenvalues of the new operator. Second, the properties of the eigenvalues of the original problem are studied, and the conclusion that the spectrum of the original problem has only point spectrum is given.
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孙康, 高云兰.
Sun Kang, Gao Yunlan.
1 引言
众所周知, 三阶微分方程起源于应用数学和物理学的许多不同领域中, 如带有固定或变化横截面的屈曲梁的挠度、三层梁、地球引力吹积的涨潮等. 因此, 对于三阶微分算子边值问题的研究越来越受到了人们广泛的关注, 从正则的到具有转移条件的, 再到一个边界条件中含有谱参数的情形, 都有一些相应的研究结论. 如: 2019年, 牛天在其硕士论文[1]中得到了三阶正则微分算子自伴边界条件标准型的完全描述, 同时, 利用亏指数理论将正则情况推广到奇异情况, 最后研究了实耦合型自伴边界条件下三阶正则微分算子特征值关于问题的依赖性. 同年, Uǧurlu在文献[2]中考虑了三阶正则微分表达式分别同分离, 实耦合和复耦合边界条件所产生的边值问题, 验证了问题的自伴性以及问题的特征值对条件中给定参数的依赖性. Uǧurlu在文献[3]中考虑的是具有转移条件的情形, 证明了该类算子特征值是实的, 同时给出特征值关于给定参数的微分表达式. 在上述文献的基础上, 我们研究了几类三阶微分算子, 其中包括一个边界条件中含有谱参数的情形, 具有转移条件且一个边界条件中含有谱参数的情形.
本文考虑三阶微分方程
其中
其中
转移条件为
其中拟导数定义为
假设
为了更方便的考虑边值问题(1.1)–(1.7), 在
其中
令
显然
显然有如下结论.
定理1.1 问题
根据文献[3], 有拉格朗日恒等式
并有
此处
2 主要结论
定理2.1 算子
证 假设
令
其中
设
又知
因
由于
定理2.2 线性算子
证 对于
由
根据拉格朗日恒等式、边界条件以及转移条件, 有下式成立
因此
定理2.3 线性算子
证 由于
要证如上结论成立, 即要证明如下七条成立:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
具体证明过程如下: 对于任意的
即
因为算子
对于任意的
再由
又由算子
由
有下式成立
即有
现在只需证明
结合(2.4)和(2.5)式可得
根据Naimark Patching Lemma, 存在这样的
定理2.4 问题
证 由于原问题的特征值与算子
注2.1 问题(1.1)–(1.7)的所有特征值是实的, 如果
3 特征值的性质
引理3.1 令实值函数
证 在常微分方程中由解的存在唯一性, 我们可得到该结论.
设
满足初始条件
的线性无关解.
它的朗斯基行列式独立于变量
设
满足条件(1.5)–(1.7)的解, 函数
因此,
则
引理3.2[7] 设
其中
下面令
其中
其中
对于任意的
现将边值问题的边界条件写为矩阵形式, 则
其中
定理3.1 复数
证 必要性.
将
由于
充分性. 若
有非零解
则上式是方程
定理3.2 问题
证 由定理3.1知(1.1)–(1.7) 的特征值是函数det
定理3.3 算子
证 只需证明, 若
下面讨论方程
及方程组
两部分.
由引理
其中
联立(3.4)–(3.6)式, 可得关于未知数
因为
由以上论述证明了
参考文献
Third-order boundary value transmission problems
,DOI:10.3906/mat-1812-36 [本文引用: 2]
一类两个边界带谱参数的Sturm-Liouville算子Ⅲ
,DOI:10.3969/j.issn.1009-8526.2018.01.019 [本文引用: 1]
A class of Sturm-Liouville operators with spectral parameter in two boundary conditions Ⅲ
DOI:10.3969/j.issn.1009-8526.2018.01.019 [本文引用: 1]
Self-adjoint realization of a class of third-order differential operators with an eigenparameter contained in the boundary conditions
,
边界条件中带有谱参数的不连续Sturm-Liouville算子的特征值问题
,
Sturm-Liouville operators with transmission conditions and eigenparameter-dependent boundary conditions
Characterization of domains of self-adjoint ordinary differential operators of any order, even or odd
,
Dependence of eigenvalues of Sturm-Liouville problems with eigenparameter dependent boundary conditions
,
一类具有转移条件的Sturm-Liouville方程的谱性质
,DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2015.05.008
Spectral properties for Sturm-Liouville equations with transmission conditions
DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2015.05.008
一类内部具有不连续性的不定Sturm-Liouville算子的非实特征值问题
,DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2021.06.007
Non-real eigenvalues of a class of indefinite Sturm-Liouville operators with discontinuity at interior points
DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2021.06.007
具有周期系数的左定Sturm-Liouville问题的特征值不等式
,DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2020.02.007
Inequalities among eigenvalues of left-definite Sturm-Liouville problems with periodic coefficients
DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2020.02.007
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