1 引言
(1.1) $i \phi_{t}+\Delta \phi+\phi \Delta\left(|\phi|^{2}\right)+f\left(|\phi|^{2}\right) \phi=0, \quad(t, x) \in(0,+\infty) \times \mathbb{R}^{N}$
可以用来描述等离子体物理、非线性光学和流体力学中的一些现象, 参见文献[3 ⇓ -5 ]等. 这里$\phi$ 表示波函数, $N\geqslant 1$ .
考虑方程(1.1)形如$\phi_\lambda(t,x)=u_\lambda(x)e^{-i\lambda t}$ 的驻波解, 其中$\lambda \in \mathbb{R} $ 为固定的参数. 代入方程(1.1)式可得一类含变分结构的拟线性方程
(1.2) $\begin{equation} -\Delta u -u\Delta(u^2)=\lambda u+g(u),uad x\in \mathbb{R} ^N,\end{equation}$
对于给定的$\lambda$ , 关于方程(1.2)非平凡解的存在性, 目前已有大量的结果, 如文献[6 ,7 ]. 本文关注的是方程(1.2)正规化解的存在性, 即解$u$ 满足(1.2)且有
(1.3) $\begin{equation} \int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2=a,\end{equation}$
关于方程(1.2)正规化解的研究, 近期吸引了很多学者的关注. 当$g(u)=|u|^{p-2}u$ 时, 文献[8 ]考虑了在限制(1.3)式下, 极小解的存在和不存在性. 准确地讲, 作者证明了, 当$2<p<2+\frac{4}{N}$ 时, 限制极小$m(a)<0,\ \forall a>0$ ; 当$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 存在一个常数$C(p,N)>0$ , 使得当$0<a<C(p,N)$ 时, $m(a)=0$ 且不可达; 当$a>C(p,N)$ 时, $m(a)<0$ 且可达. 借助于限制上的山路定理和摄动方法[9 ] , 文献[10 ]进一步考虑了$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 多重解的存在性. 近期, 在文献[1 ]中, 同样采取摄动方法, 得到了$L^2$ 临界, 即$p=4+\frac{4}{N}$ 时, 基态解的存在性和不存在性, 以及$L^2$ 超临界, 即$4+\frac{4}{N}<p<\frac{N+2}{N-2}$ 时, 解的存在性. 另外,文献[11 ]研究了方程(1.2)含有位势项$V(x)u$ 的情况. 当$2<p<4+\frac{4}{N}$ 时, 他们得到了基态解在$L^2$ 临界时的存在性,以及$q$ 趋于$L^2$ 临界时的渐近行为.
本文考虑方程(1.2)的一种混合情形, 即非线性项包含$L^2$ 临界和次临界指数的情形
(1.4) $\begin{equation} -\Delta u -u\Delta(u^2)=\lambda u+\mu|u|^{q-2}u+|u|^{p-2}u,uad x\in \mathbb{R} ^N,\end{equation} $
其中$\lambda,\mu\in \mathbb{R},\ 2<q<p=\overline{p}\triangleq 4+\frac{4}{N},\ N\geq 3$ . 这种情况是文献[2 ]关于NLS方程结果在拟线性Schrödinger方程上的推广, 也是文献[1 ]中拟线性Schrödinger方程非线性项的推广. 需要指出的是, 此时方程(1.4)对应能量泛函的结构更复杂, 故要进行更精细的估计.
定义 1.1 称$\tilde{u}$ 是方程(1.4)式在$S_a$ 上的基态解, 若它是方程(1.4)在$S_a$ 上有最小能量的解
${\rm d}E_\mu|_{S_a}(\tilde{u})=0,uad E_\mu(\tilde{u})=\mathop{\inf}\limits_{u\in S_a}\{E_\mu(u)|{\rm d}E_\mu|_{S_a}(u)=0\},$
(1.5) $\begin{equation} E_\mu(u)=\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\frac{\mu}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q-\frac{1}{p}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^p\end{equation}$
$u\in S_a\triangleq\left\{u\in X\left|\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2=a\right.\right\}$
$X\triangleq\left\{u\in H^1(\mathbb{R} ^N)\left|\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2<+\infty\right.\right\}.$
$m(a,\mu)\triangleq\mathop{\inf}\limits_{u\in S_a}E_\mu(u).$
同时令$a^*=\left|Q_{\overline{p}}\right|_1$ 为临界质量(具体定义见下节).
$ \begin{eqnarray*} \left\{ \begin{array}{lll} \mu>0, 2<q<2+\frac{4}{N},\\[3mm] \mu>\mu_1, q=2+\frac{4}{N},\\[3mm] \mu>\mu_2, 2+\frac{4}{N}<q<4+\frac{4}{N} \end{array}\right. \end{eqnarray*}$
时, 有$-\infty<m(a,\mu)<0$ , 此时下确界可达. 其中$\mu_1,\mu_2>0$ 为常数, 其值见(3.2),(3.3)式. 记达到函数为$\tilde{u}$ , 则$\exists \lambda_a <0$ , 使$(\lambda_a,\tilde{u})$ 是方程(1.4)的基态解.
(ii)当$\mu<0$ 时, 有$m(a,\mu)=0$ , 此时方程(1.4)无解.
(i) 当$\mu>0,\ 2<q<2+\frac{4}{N}$ 时, 有$-\infty<m(a,\mu)<0$ , 此时下确界可达. 记达到函数为$\tilde{u}$ , 则$\exists \lambda_a <0$ , 使$(\lambda_a,\tilde{u})$ 是方程(1.4)的基态解.
$ \begin{eqnarray*} \left\{ \begin{array}{lll} \mu>\mu_3,& & q=2+\frac{4}{N},\\[3mm] \mu>0,& & 2+\frac{4}{N}<q<4+\frac{4}{N} \end{array}\right. \end{eqnarray*}$
时, 有$m(a,\mu)=-\infty$ , 其中$\mu_3>0$ 为常数, 其值见(5.1)式.
(iii) 当$\mu<0$ 时, 有$m(a,\mu)=0$ , 此时方程(1.4)无解.
定理 1.3 当$a>a^*$ 时, 有$m(a,\mu)=-\infty$ .
研究该问题的首要困难在于: 能量泛函中如下的积分项$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2$ 在$H^1(\mathbb{R} ^N)$ 上不可微, 受文献[9 ,10 ]的启发, 本文采取添加扰动项的办法解决该问题.另一方面, 相比于不含拟线性项的问题[2 ] , 本文中指标$p,q$ 取值范围更大. 而泛函下确界的性质, 以及原问题的可解性, 与$p,q,\mu$ 的取值密切相关, 因此需要细致地划分多种情形.
注 1.1 本文用$\left| \cdot \right|_p$ 表示$L^p(\mathbb{R} ^N)$ 空间中的通常范数,即$\left|u\right|_p \triangleq \left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^p\right)^{\frac{1}{p}}$ . $C, C_1, C_2,\cdots$ 通常指的是一些变化的常数, 对主要结论没有影响.
2 预备
为了证明主要结论, 需要用到下列的Gagliardo-Nirenberg不等式.
引理 2.1 (文献[Gagliardo Nirenberg不等式]) 设$2<p<2(2^*)$ , $u\in L^1(\mathbb{R} ^N)$ 且$\nabla u\in L^2(\mathbb{R} ^N)$ , 则有
(2.1) $\begin{equation} \int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^{\frac{p}{2}}\leqslant \frac{C(p,N)}{\left|Q_p\right|^{\frac{p-2}{N+2}}_1} \left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|\right)^{\eta_p} \left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{p\gamma_p}{N+2}},\end{equation}$
$\gamma_p=\frac{N(p-2)}{2p},uad \eta_p=\frac{4N-p(N-2)}{2(N+2)}$
$C(p,N)=\frac{p(N+2)}{[4N-p(N-2)]^{\frac{4-N(p-4)}{2(N+2)}}[2N(p-2)]^{\frac{p\gamma_p}{N+2}}},$
$\begin{eqnarray*}\left\{ \begin{array}{lll} -\Delta u+1=\lambda u^{\frac{p}{2}-1},& & x\in B_R, \ \ R>0,\ \ \mbox{supp} u\subset \subset B_R,\\ u=\frac{\partial u}{\partial n}=0,& & x\in \partial B_R. \end{array}\right.\end{eqnarray*}$
取$u\in X$ , 在不等式(2.1)中用$u^2$ 替换$u$ , 可得
(2.2) $\begin{equation} \frac{1}{p}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^p\leqslant K(p,N)\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\right)^{\eta_p}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{p\gamma_p}{N+2}},\end{equation}$
其中$K(p,N)=\frac{C(p,N)}{p\left|Q_p\right|^{\frac{p-2}{N+2}}_1}\cdot4^{\frac{p\gamma_p}{N+2}}$ .
当$p=\overline{p}$ 时, (2.2)式化为
(2.3) $\begin{equation}\label{cGN} \frac{1}{\overline{p}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^{\overline{p}}\leqslant \left(\frac{a}{\left|Q_{\overline{p}}\right|_1}\right)^{\frac{2}{N}}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2\right).\end{equation}$
于是定义$a^*=\left|Q_{\overline{p}}\right|_1$ 为临界质量. 且由文献[11 ,引理2.1]知, $Q_p$ 与临界质量还具有如下关系
$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{\frac{\overline{p}}{2}}=(N+1)a^*,uad \int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}\right|^2=Na^*.$
下面以$\mu=0$ 的情况为例, 观察临界质量如何影响泛函结构. 由(1.5)和(2.2)式得
$\begin{eqnarray*} E_0(u)\geqslant \frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-K(p,N)a^{\eta_p} \left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{p\gamma_p}{N+2}},\end{eqnarray*}$
$\begin{eqnarray*} \frac{p\gamma_p}{N+2}\left\{ \begin{array}{lll} <1, 2 <p<\overline{p},\\ =1, p =\overline{p},\\ >1, \overline{p} <p<2(2^*). \end{array}\right.\end{eqnarray*}$
显然, 当$2<p<\overline{p}$ 时, $E_0$ 在$S_a$ 上有下界; 当$p=\overline{p},\ a\leqslant a^*$ 时,有
$1-K(\overline{p},N)a^{\lambda_{\overline{p}}}=1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\geqslant 0.$
下面说明其它情形时, $E_0(u)$ 在$S_a$ 上无下界. 为此, 对于$\forall s\in \mathbb{R},\ u\in S_a$ , 引入保$L^2$ 范数的变换
$(s\star u)(x)\triangleq e^{\frac{Ns}{2}}u(e^sx)uad \mbox{a.e. } x\in \mathbb{R} ^N,$
$E_0(s\star u)=\frac{e^{2s}}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+e^{(N+2)s}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\frac{e^{p\gamma_p s}}{p}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^p,$
显然, 当$p>\overline{p}$ 时, $\lim\limits_{s\rightarrow +\infty}E_0(s\star u)=-\infty$ ;
当$p=\overline{p},\ a>a^*$ 时, 由(2.3)式等号可达知, 存在$\overline{u}\in S_a$ 使
$\frac{1}{\overline{p}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\overline{u}\right|^{\overline{p}}>\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\overline{u}\right|^2\left|\nabla \overline{u}\right|^2,$
则$\lim\limits_{s\rightarrow +\infty}E_0(s\star \overline{u})=-\infty$ .
3 基态解的存在性
在引言中提到, 拟线性项对应的能量泛函可微性的不足是寻找问题(1.4)基态解的首要阻碍. 为此, 本节采取添加扰动项的方式解决该问题. 且由于证明过程十分相似, 本节将一并说明定理1.1和1.2(i).
$E_\mu^\delta(u)=\frac{\delta}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^4+E_\mu(u),uad \tilde{m}(a,\mu)\triangleq \mathop{\inf}\limits_{u\in \tilde{S}_a}E_\mu^\delta(u),$
其中$0<\delta \leqslant 1$ .
$u\in \tilde{S}_a\triangleq \left\{u\in \tilde{X}\left|\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2=a\right.\right\},$
其中$\tilde{X}\triangleq W^{1,4}(\mathbb{R} ^N)\cap W^{1,2}(\mathbb{R} ^N)$ 是自反的Banach空间, 具有如下范数
$\left|\left|u\right|\right|_{\tilde{X}}=\left|\left|u\right|\right|_{W^{1,2}}+\left|\left|u\right|\right|_{W^{1,4}}.$
同时由文献[9 ]知, $E_\mu^\delta \in C^1(\tilde{X})$ .
引理 3.1 在定理$1.1$ 和$1.2$ 的(i)所述的指标范围内, 有$-\infty<\tilde{m}(a,\mu)<0$ .
证 当$a<a^*$ 时, 利用(2.2)式和Cauchy不等式, 注意到$\frac{q\gamma_q}{N+2}<1$ , 则对$\forall u \in \tilde{S_a}$ 有
$\begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(u)&\geqslant& \frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+\left[1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right]\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\mu K(q,N)a^{\eta_q}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{N+2}}\\ & \geqslant& \left[1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right]\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\mu K(q,N)a^{\eta_q}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{N+2}}\\ &\geqslant& -C. \end{eqnarray*}$
当$a=a^*,\ 2<q<2+\frac{4}{N}$ 时, 利用Sobolev不等式
$\begin{equation} \int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q\leqslant C\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\right)^{\frac{q(1-\gamma_q)}{2}}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{2}}=\tilde{C}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{2}}. \end{equation}$
注意到$\frac{q\gamma_q}{2}<1$ , 则对$\forall u \in \tilde{S_a}$ 有
$\begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(u)&\geqslant& \frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2-\frac{\mu}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q\\& \geqslant& \frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2-\frac{\mu C}{q}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{2}}\\ & \geqslant& -C. \end{eqnarray*}$
上述$C>0$ 与$u$ 无关, 故总有$\tilde{m}(a,\mu)>-\infty$ .
另一方面, 对于$a\leqslant a^*,\ 2<q<2+\frac{4}{N}$ , 直接计算得
$ \begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(s\star u)&=& \frac{\delta e^{(N+4)s}}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^4+\frac{e^{2s}}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2-\frac{\mu e^{q\gamma_qs}}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q\\& & +e^{(N+2)s}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\frac{1}{\overline{p}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^{\overline{p}}\right), \end{eqnarray*}$
注意到$q\gamma_q<2$ , 将$u$ 固定, 将$s$ 视为自变量, 上式即可简记为
$\begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(s\star u)&=& C_1 e^{(N+4)s}+C_2 e^{2s}+C_3 e^{(N+2)s}-C_4 e^{q\gamma_q s}\\& =& Ce^{q\gamma_q s}\left(C_1 e^{(N+4-q\gamma_q)s}+C_2 e^{(2-q\gamma_q)s}+C_3 e^{(N+2-q\gamma_q)s}-1\right), \end{eqnarray*}$
$e^{(N+4-q\gamma_q)s}+e^{(2-q\gamma_q)s}+e^{(N+2-q\gamma_q)s}\mathop{\longrightarrow}\limits^{s\rightarrow -\infty}0,$
则当$s\ll -1$ 充分小时, 有$E_\mu^\delta(s\star u)<0$ .
对于$a<a^*,\ q\geqslant 2+\frac{4}{N}$ , 取
$w=\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{1}{2}}Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}},uad w_t=t^{\frac{N}{2}}w(tx),$
显然有$w,w_t\in \tilde{S_a}$ , 代入$E_\mu^\delta$ 计算得
$ \begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(w_t)&=& \frac{\delta t^{N+4}}{4}\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^4+\frac{t^2}{2}\frac{a}{a^*}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2+\frac{Na^*t^{N+2}}{4}\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\left\{1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right\}\\ && - \frac{\mu t^{q\gamma_q}}{q}\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{q}{2}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{\frac{q}{2}}\\& =& t^2\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\left[\frac{\delta t^{N+2}}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^4+\frac{1}{2}\frac{a^*}{a}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2+\frac{Na^*t^N}{4}\left\{1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right\} \right. \\ && - \left. \frac{\mu t^{q\gamma_q-2}}{q}\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{q}{2}-2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{\frac{q}{2}}\right]\\ & \triangleq& t^2\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\varphi(t). \end{eqnarray*}$
$ \begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(w_t)&=& \frac{\delta t^{N+4}}{4}\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^4+\frac{Na^*t^{N+2}}{4}\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\left\{1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right\}\\&& + \frac{at^2}{a^*}\left(\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2-\frac{\mu}{2+\frac{4}{N}}\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{1+\frac{2}{N}}\right).\\ \end{eqnarray*}$
$\begin{equation}\label{mu1} \mu_1=\left(1+\frac{2}{N}\right)\left(\frac{a^*}{a}\right)^{\frac{2}{N}}\frac{\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2}{\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{1+\frac{2}{N}}}, \end{equation}$
$\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2-\frac{\mu}{2+\frac{4}{N}}\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{1+\frac{2}{N}}<0.$
同理得, 当$t\ll -1$ 充分小时, 有$E_\mu^\delta(w_t)<0$ .
当$q>2+\frac{4}{N}$ 时, 考察$\varphi'(t)=0$ , 即
$\begin{eqnarray*}& & \frac{(N+2)\delta t^{N+4-q\gamma_q}}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^4+\frac{N^2a^*t^{N+2-q\gamma_q}}{4}\left\{1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right\}\\ & =& \frac{\mu(q\gamma_q-2)}{q}\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{q}{2}-2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{\frac{q}{2}}, \end{eqnarray*}$
注意到$N+4-q\gamma_q>N+2-q\gamma_q>0>2-q\gamma_q$ , 则上式左侧关于$t\geqslant 0$ 从$0$ 单增到$+\infty$ , 而右侧关于$t$ 是正常数. 故存在唯一$\overline{t}>0$ , 使$\varphi'(\overline{t})=0$ , 且$\overline{t}$ 是$\varphi$ 的极小值点.
令$\varphi(\overline{t})<0$ 得
$\begin{equation}\mu>\mu_2=\frac{q\overline{t}^{2-q\gamma_q}}{4}\cdot \left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{4-q}{2}}\cdot\frac{\delta\overline{t}^{N+2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^4+Na^*\overline{t}^N\left\{1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right\}+2\frac{a^*}{a}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2}{\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{\frac{q}{2}}}, \end{equation}$
故$\mu>\mu_2$ 时, $E_\mu^\delta(w_{\overline{t}})=\overline{t}^2\left(\frac{a}{a^*}\right)^2\varphi(\overline{t})<0$ .
上述过程证明了总有$\tilde{m}(a,\mu)<0$ . 综上, 证毕.
注 3.1 若记$u^*$ 为$u$ 的\rm Schwarz对称化,则由文献[8 ,引理4.3]知
$F(u^*)\leqslant F(u)=\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2,$
$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u^*\right|^p=\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^p,uad \forall p\in [\overline{p}].$
因此在之后的证明中, 若出现$E_\mu^\delta$ 的极小化序列, 则始终默认其是\rm Schwarz 对称的.
引理 3.2 任意给定$0<\delta \leqslant 1$ , 设$\{u_n\}\subset \tilde{S}_a$ 满足 $E_\mu ^\delta(u_n)\rightarrow \tilde{m}(a,\mu)$ , 则在定理$1.1$ 和$1.2$ 的(i)所述的指标范围内, $\{u_n\}\subset \tilde{X}$ 有界.
$\begin{eqnarray*} E_\mu^\delta(u_n)&\geqslant& \frac{\delta}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4 +\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^2+\left[1-\left(\frac{a}{a^*}\right)^{\frac{2}{N}}\right]\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^2\left|\nabla u_n\right|^2\\ & &-\mu K(q,N)a^{\eta_q}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^2\left|\nabla u_n\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{N+2}}, \end{eqnarray*}$
注意到$\frac{q\gamma_q}{N+2}<1$ , 由$E_\mu ^\delta(u_n)\rightarrow \tilde{m}(a,\mu)$ 知
$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^2\left|\nabla u_n\right|^2<C,uad \int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4<C,uad \int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^2<C,$
即$\{u_n\}\subset \tilde{X}$ 有界.
当$a=a^*,\ q<2+\frac{4}{N}$ 时, 由(3.1)式得
$E_\mu^\delta(u_n)\geqslant \frac{\delta}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4 +\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^2-\frac{\mu C}{q}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^2\right)^{\frac{q\gamma_q}{2}},$
注意到$\frac{q\gamma_q}{2}<1$ , 由$E_\mu ^\delta(u_n)\rightarrow \tilde{m}(a,\mu)$ 和(3.1)式得
$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4<C,uad \int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^2<C,uad \int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^q<C,$
注意到$q<\overline{p}<4^*=\frac{4N}{N-4}$ , 由Hölder不等式得
$\left|u_n\right|_{\overline{p}}\leqslant \left|u_n\right|_q^{1-\alpha}\left|u_n\right|_{4^*}^\alpha<C.$
将上述四项有界性直接带入$E_\mu^\delta(u_n)$ , 立得$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^2\left|\nabla u_n\right|^2<C$ , 即$\{u_n\}\subset \tilde{X}$ 有界.证毕.
引理 3.3 设$a_1,a_2>0$ 满足$a_1+a_2=a\leqslant a^*$ . 则$\tilde{m}(a,\mu)<\tilde{m}(a_1,\mu)+\tilde{m}(a_2,\mu).$
证 任取$0<c<a^*,\theta>1$ 使$\theta c\leqslant a^*$ . 设$\{u_n\}\subset \tilde{S_c}$ 满足$E_\mu ^\delta(u_n)\rightarrow \tilde{m}(c,\mu)$ , 直接计算得
$\begin{eqnarray*} \tilde{m}(\theta c,\mu)&\leqslant& E_\mu ^\delta(u_n(\theta ^{-\frac{1}{N}}x))\\ &=&\frac{\delta \theta ^{1-\frac{4}{N}}}{4}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4+\theta ^{1-\frac{2}{N}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left(\frac{1}{2}+\left|u_n\right|^2\right)\left|\nabla u_n\right|^2-\frac{\theta}{\overline{p}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^{\overline{p}}-\frac{\mu\theta}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^q\\ &\leqslant& \theta E_\mu ^\delta(u_n), \end{eqnarray*}$
令$n\rightarrow +\infty$ , 得$\tilde{m}(\theta c,\mu)\leqslant \theta \tilde{m}(c,\mu)$ . 注意到等号成立当且仅当
$\lim\limits_{n\rightarrow +\infty}\left(\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4+\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^2+\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_n\right|^2\left|\nabla u_n\right|^2\right)=0,$
$\tilde{m}(\theta c,\mu)<\theta \tilde{m}(c,\mu).$
取$\theta=\frac{a}{a_1}>1,\ c=a_1<a^*$ , 得$\tilde{m}(a_1,\mu)>\frac{a_1}{a}\tilde{m}(a,\mu)$ . 同理, $\tilde{m}(a_2,\mu)>\frac{a_2}{a}\tilde{m}(a,\mu)$ . 两式相加即得结论, 证毕.
命题 3.1 设$\{u_n\}\subset \tilde{S}_a$ 满足$E_\mu ^\delta(u_n)\rightarrow \tilde{m}(a,\mu)$ . 则在平移意义下, $\{u_n\}$ 存在子列在$\tilde{X}$ 中相对紧, 即, $\exists \{u_{n_k}\}\subset \{u_n\},\ \{y_k\}\subset \mathbb{R},\ {u}_\delta\in \tilde{S}_a$ , 使$u_{n_k}(x+y_k)\rightarrow{u}_\delta(x)$ 在$\tilde{X}$ 中.
证 利用集中紧原理, 以下三条结论有且仅有一条成立
$\lim\limits_{n\rightarrow +\infty}\mathop{\sup}\limits_{y\in \mathbb{R} ^N}\int_{B_R(y)}\left|u_n\right|^2=0.$
(ii)二分性: $\exists a_1\in (0,a),\ \{u_n^1\},\ \{u_n^2\}\subset \tilde{X}$ 有界, 使
$\begin{eqnarray*}\left\{ \begin{array}{lll} \left|u_n-(u_n^1+u_n^2)\right|_r\rightarrow 0,uad \forall r\in (2,2(2^*)),uad \left|u_n^1\right|_2\rightarrow a_1,uad \left|u_n^2\right|_2\rightarrow a-a_1,\\ \mbox{dist}(\mbox{supp} u_n^1,\mbox{supp}u_n^2)\rightarrow +\infty,\\[2mm] \liminf\limits_{n\rightarrow +\infty}\int_{\mathbb{R} ^N}\{\left|u_n\right|^2\left|\nabla u_n\right|^2-(\left|u_n^1\right|^2\left|\nabla u_n^1\right|^2+\left|u_n^2\right|^2\left|\nabla u_n^2\right|^2)\}\geqslant 0,\\[3mm] \liminf\limits_{n\rightarrow +\infty}\int_{\mathbb{R} ^N}\{\left|\nabla u_n\right|^2-(\left|\nabla u_n^1\right|^2+\left|\nabla u_n^2\right|^2)\}\geqslant 0,\\[3mm]\liminf\limits_{n\rightarrow +\infty}\int_{\mathbb{R} ^N}\{\left|\nabla u_n\right|^4-(\left|\nabla u_n^1\right|^4+\left|\nabla u_n^2\right|^4)\}\geqslant 0. \end{array}\right. \end{eqnarray*}$
(iii)紧性: $\exists \{y_k\}\subset\mathbb{R} ^N$ , 使$\forall \epsilon >0,\ \exists R>0$ , 有
$\int_{B_R(y_k)}\left|u_n\right|^2\geqslant a-\epsilon.$
若(i)成立, 则由文献[12 ,引理I.1]知: $u_n\rightarrow 0$ 于$L^r(\mathbb{R} ^N),\forall r\in (2,2(2^*))$ 中. 则$\liminf\limits_{n\rightarrow +\infty}E_\mu ^\delta(u_n)\geqslant 0$ , 与引理$3.1$ 矛盾!
$\tilde{m}(a,\mu)=\lim\limits_{n\rightarrow +\infty}E_\mu ^\delta(u_n)\geqslant \liminf\limits_{n\rightarrow +\infty}(E_\mu ^\delta(u_n^1)+E_\mu ^\delta(u_n^2))\geqslant \tilde{m}(a_1,\mu)+\tilde{m}(a_2,\mu),$
因此必有(iii)成立. 令$\tilde{u}_k(x)\triangleq u_{n_k}(x+y_k)$ , 则$\tilde{u}_k\rightarrow{u}_\delta$ 在$L^2(\mathbb{R} ^N)$ 中且$ {u}_\delta \in \tilde{S}_a$ .
由Hölder不等式和引理$3.2$ , 易得$\tilde{u}_k\rightarrow{u}_\delta$ 于$L^r(\mathbb{R} ^N),\forall r\in (2,2(2^*))$ 中. 再由Fatou引理得
$\tilde{m}(a,\mu)\leqslant E_\mu ^\delta( {u}_\delta)\leqslant \limsup_{n\rightarrow +\infty}E_\mu ^\delta( {u}_k)=\tilde{m}(a,\mu).$
故$\left|\left|\tilde{u_k}\right|\right|_{\tilde{X}}\rightarrow \left|\left|u_\delta\right|\right|_{\tilde{X}}$ , 证毕.
在本文中, 文献[10 ]中的定理4.1可写为如下引理.
引理 3.4 给定$a>0$ , 任取$\{\delta_n\}\rightarrow 0$ . 设\rm Schwarz对称序列$\{u_n\}\subset \tilde{S_a}$ 和$\{\lambda_n\}\subset \mathbb{R} $ 满足
$\left|E_\mu ^{\delta_n}(u_n)\right|\leqslant C,uad (E_\mu ^{\delta_n})'(u_n)-\lambda_n u_n=0,uad \forall n\geqslant 1,$
则$\exists \tilde{u}\in W^{1,2}\cap L^{\infty}(\mathbb{R} ^N)\setminus \{0\},\ \lambda_a \in \mathbb{R} $ , 使
$\lambda_n\rightarrow \lambda_a,uad (E_\mu)'(\tilde{u})-\lambda_a\tilde{u}=0.$
特别的, 若$\lambda_a<0$ , 则$u_n\rightarrow \tilde{u}$ 在$W^{1,2}(\mathbb{R} ^N)$ 中; $u_n\nabla u_n\rightarrow \tilde{u}\nabla \tilde{u}$ 在$L^2(\mathbb{R} ^N)$ 中; $\delta_n\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_n\right|^4\rightarrow 0$ . 即$\tilde{u}$ 是$E_\mu$ 在$S_a$ 上的临界点.
定理1.1和1.2的(i)的证明 由命题$3.1$ , 有$E_\mu ^\delta(u_\delta)= \tilde{m}(a,\mu)$ , 这里$u_\delta$ 是$E_\mu^\delta$ 在$\tilde{S_a}$ 上的临界点, 即$(E_\mu ^\delta|_{\tilde{S_a}})'(u_\delta)=0$ . 由文献[引理3], 这等价于$\exists \lambda_\delta \in \mathbb{R} $ , 使
$(E_\mu^\delta)'(u_\delta)-\lambda_\delta u_\delta=0.$
任取$\{\delta_n\}\rightarrow 0$ , 记$v_n\triangleq u_{\delta_n},\ \lambda_n \triangleq \lambda_{\delta_n}$ , 则有
$\left|E_\mu^{\delta_n}(v_n)\right|=\left|\tilde{m}(a,\mu)\right|\leqslant C,$
$(E_\mu^{\delta_n})'(v_n)-\lambda_n v_n=0,uad \forall n\geqslant 1.$
由引理$3.4$ 知, $\exists \tilde{u} \in W^{1,2}(\mathbb{R} ^N)\cap L^\infty(\mathbb{R} ^N)\setminus \{0\}$ 以及$\lambda_a\in \mathbb{R} $ , 使
$\lambda_n\rightarrow \lambda_a,uad (E_\mu)'(\tilde{u})-\lambda_a\tilde{u}=0.$
(3.4) $\begin{equation} \frac{N-2}{N}\left(\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla \tilde{u}\right|^2+\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\tilde{u}\right|^2\left|\nabla \tilde{u}\right|^2\right)-\frac{\lambda}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\tilde{u}\right|^2-\frac{1}{\overline{p}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\tilde{u}\right|^{\overline{p}}-\frac{\mu}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\tilde{u}\right|^q=0, \end{equation}$
$0\geqslant \limsup_{n\rightarrow +\infty}E_\mu^{\delta_n}(v_n)\geqslant E_\mu(\tilde{u})=\frac{1}{N}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+\frac{2}{N}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2+\frac{\lambda_a}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2,$
显然有$\lambda_a<0$ , 故$\tilde{u}$ 是$E_\mu$ 在$S_a$ 上的临界点, 即为方程(1.4)的基态解.
4 问题无解的情形
在引言中提到, 问题(1.4)的可解性既与临界质量有关, 又与扰动系数有关. 本节将说明问题无解的情形, 证明定理$1.1$ 的(ii)和定理$1.2$ 的(iii).
若$u$ 是方程(1.4)的解, 则有(3.4)式成立. 又在(1.4)式左右乘$u$ 并积分得
$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+4\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\lambda \int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2-\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^{\overline{p}}-\mu \int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q=0,$
将上式与(3.4)式联立, 消去$\lambda$ , 并利用(2.2)式得
$ \begin{eqnarray*} \mu \gamma_q\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q&=& \int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+(N+2)\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\gamma_{\overline{p}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^{\overline{p}}\\& \geqslant& \int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+(N+2)\Big\{1-(\frac{a}{a^*})^{\frac{2}{N}}\Big\}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2\\ & \geqslant& 0, \end{eqnarray*}$
但显然$\mu \gamma_q\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q<0$ , 矛盾! 则方程(1.4)无解.
另一方面,利用(2.2)式得, 对$\forall u\in \tilde{S_a}$ 有
$\begin{eqnarray*} E_\mu(s\star u)&\geqslant& \frac{e^{2s}}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u\right|^2+e^{(N+2)s} \Big\{1-(\frac{a}{a^*})^{\frac{2}{N}}\Big\}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2-\mu \frac{e^{q\gamma_qs}}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^q\\& >& 0, \end{eqnarray*}$
且$\lim\limits_{s\rightarrow -\infty}E_\mu(s\star u)=0$ , 故$m(a,\mu)=0$ .
综上, 定理$1.1$ 的(ii)和定理1.2的(iii)证毕.
5 泛函无下界的情形
寻找问题(1.4)的基态解, 重点在能量泛函的下确界. 而如果泛函无下界, 则问题的可解性是不明确的. 本节将说明能量泛函无下界的情形, 证明定理$1.2$ 的(ii)和定理$1.3$ .
定理1.2的(ii)的证明 对于$q=2+\frac{4}{N}$ , 仿照引理$3.1$ 的方法. 这时$a=a^*$ , 故取
$w=Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}},uad w_t=t^{\frac{N}{2}}w(tx),$
$E_\mu(w_t)=t^2\left(\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2-\frac{\mu}{2+\frac{4}{N}}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{\frac{q}{2}}\right).$
(5.1) $\begin{equation} \mu_3=\left(1+\frac{2}{N}\right)\frac{\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla Q_{\overline{p}}^{\frac{1}{2}}\right|^2}{\int_{\mathbb{R} ^N}\left|Q_{\overline{p}}\right|^{1+\frac{2}{N}}}, \end{equation}$
则$\mu>\mu_3$ 时, 有$\lim\limits_{t\rightarrow +\infty}E_\mu(w_t)=-\infty$ .
对于$q>2+\frac{4}{N}$ , 记(2.2)式的达到函数为$w$ , 注意到(2.2)式关于$u$ 齐次, 则不妨设$w\in S_{a^*}$ . 直接计算得
$E_\mu(s\star w)=\frac{e^{2s}}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla w\right|^2-\mu \frac{e^{q\gamma_qs}}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|w\right|^q,$
注意到$q\gamma_q>2$ , 显然有$\lim\limits_{s\rightarrow +\infty}E_\mu(s\star w)=-\infty$ . 定理$1.2$ 的(\romannumeral2)证毕.
定理1.3的证明 由文献[8 ,定理1.9]知, $m(a,0)=-\infty$ . 故$\exists u_0\in S_a$ , 使$E_0(u_0)<0$ . 直接计算得
$E_\mu(s\star u_0)=e^{(N+2)s}\left(E_0(u_0)-\frac{1}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_0\right|^2\right)+\frac{e^{2s}}{2}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|\nabla u_0\right|^2-\mu \frac{e^{q\gamma_qs}}{q}\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u_0\right|^q,$
注意到$q\gamma_q<N+2$ , 显然有$\lim\limits_{s\rightarrow +\infty}E_\mu(s\star u_0)=-\infty$ . 定理$1.3$ 证毕.
参考文献
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[1]
Li H W , Zou W M . Quasilinear Schrödinger equations: ground state and infinitely many normalized solutions
arXiv preprint , 2021 , 2101.07574
[本文引用: 4]
[3]
Borovskii A V , Galkin A L . Dynamical modulation of an ultrashort high-intensity laser pulse in matter
J Exp Theor Phys , 1993 , 77 (4 ): 562 -573
[本文引用: 1]
[4]
Ritchie B . Relativistic self-focusing and channel formation in laser-plasma interactions
Phys Rev E , 1994 , 50 : 687 -689
PMID:9962176
[本文引用: 1]
[5]
Hasse R W . A general method for the solution of nonlinear soliton and kink Schrödinger equations
Z Phys B: Condens Matter , 1980 , 37 : 83 -87
[本文引用: 1]
[6]
Shen Y T , Wang Y J . Soliton solutions for generalized quasilinear Schrödinger equations
Nonlinear Anal Theory Methods Appl , 2013 , 80 : 194 -201
DOI:10.1016/j.na.2012.10.005
URL
[本文引用: 1]
[7]
Wang Y J , Shen Y T . Existence and asymptotic behavior of a class of quasilinear Schrödinger equations
Adv Nonlinear Stud , 2018 , 18 (1 ): 131 -150
DOI:10.1515/ans-2017-6026
URL
[本文引用: 1]
In this paper, we study the quasilinear Schrödinger equation \n \n \n \n \n \n \n -\n \n Δ\n \n u\n \n \n +\n \n V\n \n \n (\n x\n )\n \n \n u\n \n \n -\n \n \n γ\n 2\n \n \n \n (\n \n Δ\n \n \n u\n 2\n \n \n )\n \n \n u\n \n \n =\n \n \n \n |\n u\n |\n \n \n p\n -\n 2\n \n \n \n u\n \n \n \n \n {-\\Delta u+V(x)u-\\frac{\\gamma}{2}(\\Delta u^{2})u=|u|^{p-2}u}\n \n, \n \n \n \n x\n ∈\n \n ℝ\n N\n \n \n \n \n {x\\in\\mathbb{R}^{N}}\n \n, where \n \n \n \n \n V\n \n \n (\n x\n )\n \n \n :\n \n \n ℝ\n N\n \n →\n ℝ\n \n \n \n \n {V(x):\\mathbb{R}^{N}\\to\\mathbb{R}}\n \n is a given potential, \n \n \n \n γ\n >\n 0\n \n \n \n {\\gamma>0}\n \n, and either \n \n \n \n p\n ∈\n \n (\n 2\n,\n \n 2\n *\n \n )\n \n \n \n \n {p\\in(2,2^{*})}\n \n, \n \n \n \n \n 2\n *\n \n =\n \n \n 2\n \n N\n \n \n N\n -\n 2\n \n \n \n \n \n {2^{*}=\\frac{2N}{N-2}}\n \n for \n \n \n \n N\n ≥\n 4\n \n \n \n {N\\geq 4}\n \n or \n \n \n \n p\n ∈\n \n (\n 2\n,\n 4\n )\n \n \n \n \n {p\\in(2,4)}\n \n for \n \n \n \n N\n =\n 3\n \n \n \n {N=3}\n \n. If \n \n \n \n γ\n ∈\n \n (\n 0\n,\n \n γ\n 0\n \n )\n \n \n \n \n {\\gamma\\in(0,\\gamma_{0})}\n \n for some \n \n \n \n \n γ\n 0\n \n >\n 0\n \n \n \n {\\gamma_{0}>0}\n \n, we establish the existence of a positive solution \n \n \n \n u\n γ\n \n \n \n {u_{\\gamma}}\n \n satisfying \n \n \n \n \n \n max\n \n x\n ∈\n \n ℝ\n N\n \n \n \n \n \n |\n \n \n γ\n μ\n \n \n \n u\n γ\n \n \n \n (\n x\n )\n \n \n |\n \n \n →\n 0\n \n \n \n {\\max_{x\\in\\mathbb{R}^{N}}|\\gamma^{\\mu}u_{\\gamma}(x)|\\to 0}\n \n as \n \n \n \n γ\n →\n \n 0\n +\n \n \n \n \n {\\gamma\\to 0^{+}}\n \n for any \n \n \n \n μ\n >\n \n 1\n 2\n \n \n \n \n {\\mu>\\frac{1}{2}}\n \n. Particularly, if \n \n \n \n \n V\n \n \n (\n x\n )\n \n \n =\n λ\n >\n 0\n \n \n \n {V(x)=\\lambda>0}\n \n, we prove the existence of a positive classical radial solution \n \n \n \n u\n γ\n \n \n \n {u_{\\gamma}}\n \n and up to a subsequence, \n \n \n \n \n u\n γ\n \n →\n \n u\n 0\n \n \n \n \n {u_{\\gamma}\\to u_{0}}\n \n in \n \n \n \n \n \n H\n 2\n \n \n \n (\n \n ℝ\n N\n \n )\n \n \n ∩\n \n \n C\n 2\n \n \n \n (\n \n ℝ\n N\n \n )\n \n \n \n \n \n {H^{2}(\\mathbb{R}^{N})\\cap C^{2}(\\mathbb{R}^{N})}\n \n as \n \n \n \n γ\n →\n \n 0\n +\n \n \n \n \n {\\gamma\\to 0^{+}}\n \n, where \n \n \n \n u\n 0\n \n \n \n {u_{0}}\n \n is the ground state of the problem \n \n \n \n \n \n -\n \n Δ\n \n u\n \n \n +\n \n λ\n \n u\n \n \n =\n \n \n \n |\n u\n |\n \n \n p\n -\n 2\n \n \n \n u\n \n \n \n \n {-\\Delta u+\\lambda u=|u|^{p-2}u}\n \n, \n \n \n \n x\n ∈\n \n ℝ\n N\n \n \n \n \n {x\\in\\mathbb{R}^{N}}\n \n.
[8]
Colin M , Jeanjean L , Squassina M . Stability and instability results for standing waves of quasi-linear Schrödingerr equations
Adv Nonlinear Stud , 2010 , 23 (6 ): 1353 -1385
[本文引用: 3]
[9]
Liu X Q , Liu J Q , Wang Z Q . Quasilinear elliptic equations with critical growth via perturbation method
J Differ Equ , 2013 , 254 (1 ): 102 -124
DOI:10.1016/j.jde.2012.09.006
URL
[本文引用: 3]
[10]
Jeanjean L , Luo T J , Wang Z Q . Multiple normalized solutions for quasi-linear Schrödingerr equations
J Differ Equ , 2015 , 259 (8 ): 3894 -3928
DOI:10.1016/j.jde.2015.05.008
URL
[本文引用: 3]
[11]
Zeng X Y , Zhang Y M . Existence and asymptotic behavior for the ground state of quasilinear elliptic equations
Adv Nonlinear Stud , 2018 , 18 (4 ): 725 -744
DOI:10.1515/ans-2018-0005
URL
[本文引用: 2]
In this paper, we are concerned with the existence and asymptotic behavior of minimizers of a minimization problem related to some quasilinear elliptic equations. Firstly, we prove that there exist minimizers when the exponent q is the critical one \n \n \n \n \n q\n *\n \n =\n \n 2\n +\n \n 4\n N\n \n \n \n \n \n {q^{*}=2+\\frac{4}{N}}\n \n. Then, we prove that all minimizers are compact as q tends to the critical case \n \n \n \n q\n *\n \n \n \n {q^{*}}\n \n when \n \n \n \n a\n <\n \n a\n \n q\n *\n \n \n \n \n \n {a<a_{q^{*}}}\n \n is fixed. Moreover, we find that all the minimizers must blow up as the exponent q tends to the critical case \n \n \n \n q\n *\n \n \n \n {q^{*}}\n \n for any fixed \n \n \n \n a\n >\n \n a\n \n q\n *\n \n \n \n \n \n {a>a_{q^{*}}}\n \n.
[12]
Lions P L . The concentration-compactness principle in the calculus of variations, the locally compact case, part 2
Ann I H Poincare-AN , 1984 , 1 (4 ): 223 -283
[本文引用: 1]
[13]
Berestycki H , Lions P L . Nonlinear scalar field equations, II existence of infinitely many solutions
Arch Rat Mech AN , 1983 , 82 : 347 -375
DOI:10.1007/BF00250556
URL
Quasilinear Schr?dinger equations: ground state and infinitely many normalized solutions
4
2021
... 该文研究了一类含混合项拟线性Schrödinger方程正规化基态解的存在性. 推广了文献[1 -2 ] 中的结果, 与他们研究的情形相比, 该文中方程对应能量泛函的结构更加复杂. ...
... In this paper, we mainly investigate the existence of normalized ground states for the Schrödinger equation with combined nonlinearities. Our results extend those reported in [1 -2 ] . Compared with the case they studied, the structure of the energy function correspongding to the equation in this paper is more complex. ...
... 关于方程(1.2)正规化解的研究, 近期吸引了很多学者的关注. 当$g(u)=|u|^{p-2}u$ 时, 文献[8 ]考虑了在限制(1.3)式下, 极小解的存在和不存在性. 准确地讲, 作者证明了, 当$2<p<2+\frac{4}{N}$ 时, 限制极小$m(a)<0,\ \forall a>0$ ; 当$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 存在一个常数$C(p,N)>0$ , 使得当$0<a<C(p,N)$ 时, $m(a)=0$ 且不可达; 当$a>C(p,N)$ 时, $m(a)<0$ 且可达. 借助于限制上的山路定理和摄动方法[9 ] , 文献[10 ]进一步考虑了$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 多重解的存在性. 近期, 在文献[1 ]中, 同样采取摄动方法, 得到了$L^2$ 临界, 即$p=4+\frac{4}{N}$ 时, 基态解的存在性和不存在性, 以及$L^2$ 超临界, 即$4+\frac{4}{N}<p<\frac{N+2}{N-2}$ 时, 解的存在性. 另外,文献[11 ]研究了方程(1.2)含有位势项$V(x)u$ 的情况. 当$2<p<4+\frac{4}{N}$ 时, 他们得到了基态解在$L^2$ 临界时的存在性,以及$q$ 趋于$L^2$ 临界时的渐近行为. ...
... 其中$\lambda,\mu\in \mathbb{R},\ 2<q<p=\overline{p}\triangleq 4+\frac{4}{N},\ N\geq 3$ . 这种情况是文献[2 ]关于NLS方程结果在拟线性Schrödinger方程上的推广, 也是文献[1 ]中拟线性Schrödinger方程非线性项的推广. 需要指出的是, 此时方程(1.4)对应能量泛函的结构更复杂, 故要进行更精细的估计. ...
Normalized ground states for the NLS equation with combined nonlinearities
4
2020
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... In this paper, we mainly investigate the existence of normalized ground states for the Schrödinger equation with combined nonlinearities. Our results extend those reported in [1 -2 ] . Compared with the case they studied, the structure of the energy function correspongding to the equation in this paper is more complex. ...
... 其中$\lambda,\mu\in \mathbb{R},\ 2<q<p=\overline{p}\triangleq 4+\frac{4}{N},\ N\geq 3$ . 这种情况是文献[2 ]关于NLS方程结果在拟线性Schrödinger方程上的推广, 也是文献[1 ]中拟线性Schrödinger方程非线性项的推广. 需要指出的是, 此时方程(1.4)对应能量泛函的结构更复杂, 故要进行更精细的估计. ...
... 研究该问题的首要困难在于: 能量泛函中如下的积分项$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2$ 在$H^1(\mathbb{R} ^N)$ 上不可微, 受文献[9 ,10 ]的启发, 本文采取添加扰动项的办法解决该问题.另一方面, 相比于不含拟线性项的问题[2 ] , 本文中指标$p,q$ 取值范围更大. 而泛函下确界的性质, 以及原问题的可解性, 与$p,q,\mu$ 的取值密切相关, 因此需要细致地划分多种情形. ...
Dynamical modulation of an ultrashort high-intensity laser pulse in matter
1
1993
... 可以用来描述等离子体物理、非线性光学和流体力学中的一些现象, 参见文献[3 ⇓ -5 ]等. 这里$\phi$ 表示波函数, $N\geqslant 1$ . ...
Relativistic self-focusing and channel formation in laser-plasma interactions
1
1994
... 可以用来描述等离子体物理、非线性光学和流体力学中的一些现象, 参见文献[3 ⇓ -5 ]等. 这里$\phi$ 表示波函数, $N\geqslant 1$ . ...
A general method for the solution of nonlinear soliton and kink Schr?dinger equations
1
1980
... 可以用来描述等离子体物理、非线性光学和流体力学中的一些现象, 参见文献[3 ⇓ -5 ]等. 这里$\phi$ 表示波函数, $N\geqslant 1$ . ...
Soliton solutions for generalized quasilinear Schr?dinger equations
1
2013
... 对于给定的$\lambda$ , 关于方程(1.2)非平凡解的存在性, 目前已有大量的结果, 如文献[6 ,7 ]. 本文关注的是方程(1.2)正规化解的存在性, 即解$u$ 满足(1.2)且有 ...
Existence and asymptotic behavior of a class of quasilinear Schr?dinger equations
1
2018
... 对于给定的$\lambda$ , 关于方程(1.2)非平凡解的存在性, 目前已有大量的结果, 如文献[6 ,7 ]. 本文关注的是方程(1.2)正规化解的存在性, 即解$u$ 满足(1.2)且有 ...
Stability and instability results for standing waves of quasi-linear Schr?dingerr equations
3
2010
... 关于方程(1.2)正规化解的研究, 近期吸引了很多学者的关注. 当$g(u)=|u|^{p-2}u$ 时, 文献[8 ]考虑了在限制(1.3)式下, 极小解的存在和不存在性. 准确地讲, 作者证明了, 当$2<p<2+\frac{4}{N}$ 时, 限制极小$m(a)<0,\ \forall a>0$ ; 当$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 存在一个常数$C(p,N)>0$ , 使得当$0<a<C(p,N)$ 时, $m(a)=0$ 且不可达; 当$a>C(p,N)$ 时, $m(a)<0$ 且可达. 借助于限制上的山路定理和摄动方法[9 ] , 文献[10 ]进一步考虑了$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 多重解的存在性. 近期, 在文献[1 ]中, 同样采取摄动方法, 得到了$L^2$ 临界, 即$p=4+\frac{4}{N}$ 时, 基态解的存在性和不存在性, 以及$L^2$ 超临界, 即$4+\frac{4}{N}<p<\frac{N+2}{N-2}$ 时, 解的存在性. 另外,文献[11 ]研究了方程(1.2)含有位势项$V(x)u$ 的情况. 当$2<p<4+\frac{4}{N}$ 时, 他们得到了基态解在$L^2$ 临界时的存在性,以及$q$ 趋于$L^2$ 临界时的渐近行为. ...
... 注 3.1 若记$u^*$ 为$u$ 的\rm Schwarz对称化,则由文献[8 ,引理4.3]知 ...
... 定理1.3的证明 由文献[8 ,定理1.9]知, $m(a,0)=-\infty$ . 故$\exists u_0\in S_a$ , 使$E_0(u_0)<0$ . 直接计算得 ...
Quasilinear elliptic equations with critical growth via perturbation method
3
2013
... 关于方程(1.2)正规化解的研究, 近期吸引了很多学者的关注. 当$g(u)=|u|^{p-2}u$ 时, 文献[8 ]考虑了在限制(1.3)式下, 极小解的存在和不存在性. 准确地讲, 作者证明了, 当$2<p<2+\frac{4}{N}$ 时, 限制极小$m(a)<0,\ \forall a>0$ ; 当$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 存在一个常数$C(p,N)>0$ , 使得当$0<a<C(p,N)$ 时, $m(a)=0$ 且不可达; 当$a>C(p,N)$ 时, $m(a)<0$ 且可达. 借助于限制上的山路定理和摄动方法[9 ] , 文献[10 ]进一步考虑了$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 多重解的存在性. 近期, 在文献[1 ]中, 同样采取摄动方法, 得到了$L^2$ 临界, 即$p=4+\frac{4}{N}$ 时, 基态解的存在性和不存在性, 以及$L^2$ 超临界, 即$4+\frac{4}{N}<p<\frac{N+2}{N-2}$ 时, 解的存在性. 另外,文献[11 ]研究了方程(1.2)含有位势项$V(x)u$ 的情况. 当$2<p<4+\frac{4}{N}$ 时, 他们得到了基态解在$L^2$ 临界时的存在性,以及$q$ 趋于$L^2$ 临界时的渐近行为. ...
... 研究该问题的首要困难在于: 能量泛函中如下的积分项$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2$ 在$H^1(\mathbb{R} ^N)$ 上不可微, 受文献[9 ,10 ]的启发, 本文采取添加扰动项的办法解决该问题.另一方面, 相比于不含拟线性项的问题[2 ] , 本文中指标$p,q$ 取值范围更大. 而泛函下确界的性质, 以及原问题的可解性, 与$p,q,\mu$ 的取值密切相关, 因此需要细致地划分多种情形. ...
... 同时由文献[9 ]知, $E_\mu^\delta \in C^1(\tilde{X})$ . ...
Multiple normalized solutions for quasi-linear Schr?dingerr equations
3
2015
... 关于方程(1.2)正规化解的研究, 近期吸引了很多学者的关注. 当$g(u)=|u|^{p-2}u$ 时, 文献[8 ]考虑了在限制(1.3)式下, 极小解的存在和不存在性. 准确地讲, 作者证明了, 当$2<p<2+\frac{4}{N}$ 时, 限制极小$m(a)<0,\ \forall a>0$ ; 当$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 存在一个常数$C(p,N)>0$ , 使得当$0<a<C(p,N)$ 时, $m(a)=0$ 且不可达; 当$a>C(p,N)$ 时, $m(a)<0$ 且可达. 借助于限制上的山路定理和摄动方法[9 ] , 文献[10 ]进一步考虑了$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 多重解的存在性. 近期, 在文献[1 ]中, 同样采取摄动方法, 得到了$L^2$ 临界, 即$p=4+\frac{4}{N}$ 时, 基态解的存在性和不存在性, 以及$L^2$ 超临界, 即$4+\frac{4}{N}<p<\frac{N+2}{N-2}$ 时, 解的存在性. 另外,文献[11 ]研究了方程(1.2)含有位势项$V(x)u$ 的情况. 当$2<p<4+\frac{4}{N}$ 时, 他们得到了基态解在$L^2$ 临界时的存在性,以及$q$ 趋于$L^2$ 临界时的渐近行为. ...
... 研究该问题的首要困难在于: 能量泛函中如下的积分项$\int_{\mathbb{R} ^N}\left|u\right|^2\left|\nabla u\right|^2$ 在$H^1(\mathbb{R} ^N)$ 上不可微, 受文献[9 ,10 ]的启发, 本文采取添加扰动项的办法解决该问题.另一方面, 相比于不含拟线性项的问题[2 ] , 本文中指标$p,q$ 取值范围更大. 而泛函下确界的性质, 以及原问题的可解性, 与$p,q,\mu$ 的取值密切相关, 因此需要细致地划分多种情形. ...
... 在本文中, 文献[10 ]中的定理4.1可写为如下引理. ...
Existence and asymptotic behavior for the ground state of quasilinear elliptic equations
2
2018
... 关于方程(1.2)正规化解的研究, 近期吸引了很多学者的关注. 当$g(u)=|u|^{p-2}u$ 时, 文献[8 ]考虑了在限制(1.3)式下, 极小解的存在和不存在性. 准确地讲, 作者证明了, 当$2<p<2+\frac{4}{N}$ 时, 限制极小$m(a)<0,\ \forall a>0$ ; 当$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 存在一个常数$C(p,N)>0$ , 使得当$0<a<C(p,N)$ 时, $m(a)=0$ 且不可达; 当$a>C(p,N)$ 时, $m(a)<0$ 且可达. 借助于限制上的山路定理和摄动方法[9 ] , 文献[10 ]进一步考虑了$2+\frac{4}{N}\leqslant p<4+\frac{4}{N}$ 时, 多重解的存在性. 近期, 在文献[1 ]中, 同样采取摄动方法, 得到了$L^2$ 临界, 即$p=4+\frac{4}{N}$ 时, 基态解的存在性和不存在性, 以及$L^2$ 超临界, 即$4+\frac{4}{N}<p<\frac{N+2}{N-2}$ 时, 解的存在性. 另外,文献[11 ]研究了方程(1.2)含有位势项$V(x)u$ 的情况. 当$2<p<4+\frac{4}{N}$ 时, 他们得到了基态解在$L^2$ 临界时的存在性,以及$q$ 趋于$L^2$ 临界时的渐近行为. ...
... 于是定义$a^*=\left|Q_{\overline{p}}\right|_1$ 为临界质量. 且由文献[11 ,引理2.1]知, $Q_p$ 与临界质量还具有如下关系 ...
The concentration-compactness principle in the calculus of variations, the locally compact case, part 2
1
1984
... 若(i)成立, 则由文献[12 ,引理I.1]知: $u_n\rightarrow 0$ 于$L^r(\mathbb{R} ^N),\forall r\in (2,2(2^*))$ 中. 则$\liminf\limits_{n\rightarrow +\infty}E_\mu ^\delta(u_n)\geqslant 0$ , 与引理$3.1$ 矛盾! ...
Nonlinear scalar field equations, II existence of infinitely many solutions
0
1983