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R N中带不定线性项的椭圆方程解的存在性

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第43卷第3期 2007年6月 兰州大学学报(自然科学版) Journal of Lanzhou University(Natural Sciences) Vlo1.43 No.3 Jun.2007 文章编号:0455_2059(2007)03—0127-04 RN中带不定线性项的椭圆方程解的存在性 王非之 (烟台大学数学与信息科学学院,山东烟台264005) 摘要:证明了碾‘Ⅳ中一类带不定线性项的椭圆方程非平凡解的存在性.所得结论是通过使用Lyapunov- Schmidt约化方法和山路引理获得的. 关键词:临界点;椭圆方程;Lyapunov-Schmidt约化;山路引理 中图分类号:O175.25 文献标识码:A 考虑椭圆问题 在文献【7】中有类似于(v1),(V2)的条件,但其假设 非线性部分为0( )g(钆),.1im 0( )=0。。<0,g(u)u 』一△l 钆+ ( )钆=K( )l钆 I一。钆, ∈RⅣ,f1) U∈H1(R‘Ⅳ), ~ ≥0,U∈R.证明中用到文献【8】中的一个临界点定 x)满足下面的条件: 其中N≥1,v(x)∈ (R‘Ⅳ)NL。o(R‘Ⅳ),g(x)∈ (R‘Ⅳ, 理.假设g((K)K(x)∈c(s ,Ⅱ +),.1im g(x)= 。>0, R+),2<P<2N/(Ⅳ一2),N≥3;2<P<o。,N= 1,2.记 (一△+ (z)),ae(-A+ 和点谱.f1)式对应泛函是 _<P<p,C>0使g(x)一 ))和ap(-A+ 且存在7Vx∈1 ̄N. ≥一Ce—pl , ( ))分别为一△+V(x)在L。(R‘Ⅳ)中的谱,连续谱 本文的主要结果是 ,(钆)=去/【lVul。+V(x)u 】dx 二 R24 1 一定理1在条件(V1) (V3)和(K)下,问题(1)至 少有一个非平凡解. 厂 刍 ⅣK( )l I ・ 1 预备知识 由条件(V1)和(v2),根据文献【9】可知特征值 问题一△ + = , ∈L。(R‘Ⅳ)有满足下列条件 的特征值 1≤ 2≤…≤ <0< ≤ 。。.设 为与特征值 t相对应的特征函数,i=1,…,k.定 义Sobloev空间Ⅳ (R‘Ⅳ)为 易见I∈C ( ( ‘Ⅳ), ),,的临界点是(1)式的解 (本文中的解均指弱解). 近年来,与(1)式类似的问题已有许多存在性 结果.若 (一△+ ( ))c(0,o0),此时可用山路引 理或约束泛函方法来考虑问题(1)[卜引.文献[3]在 (一△+ ( ))n(一O0,0)≠ 的假设下,用一个推 广了的环绕定理[2]给出(1)式解的存在性.还假设 的[3.这时方程的线性部分是强不定的,即 3]Ⅳ (R‘Ⅳ)={钆:Vu∈L。(RⅣ),U∈L。(R‘Ⅳ)), y(x)关于 的每个分量Xi(i=1,…,Ⅳ)是1.周期 其范数是 州 (IV乱J。+J札 z (一△+ ))n(一∞,0)≠ . 定义函数 :R‘Ⅳ一R如下: 研究类似情况的还有文献[4.61. 本文假设如下条件: (V1) (—△+ )n(—∞,0)≠ ,0 (一△+ ); (V2).1im y(x)=Voo>0; J J—}。。 f 1, 若 ∈Bm, ( ):={m+1一lxl, 若 ∈A =B +1\B , l 0, 若x6RⅣ\ +1, 其中m为正整数,B :={ ∈R‘Ⅳ: ≤r).令 := , . (V3) 。。— ( )≥Ae一 I I,Voo>A>0,7_∈(0,2). 此时线性部分~△钆+V(x)u是不定的, arp(一△+ ( ))n(一。C,(】)≠ . 收稿日期:2006-11.03. X =span{ ̄ ̄,i=1,2,…, ), =( m)上, f2) 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10671169). 作者简介:王非之(1973_),男,甘肃永登人,讲师,博士,研究方向为非线性泛函分析,E-mail:wangfz ̄ytu.edu.ca. 维普资讯 http://www.cqvip.com 128 则 兰州大学学报(自然科学版) 0 Wm=日 (RⅣ).那么易得下面命题: 成立. 第43卷 命题1存在 , >0,使当m>rh时 本文下面取m>Mo.记X=Xm,W=Wm. {/IVul +v(x)u dz u∈. m:J Ⅳu2=1)-,RⅣ。 ma x ~、2 Lyapunov—Schmidt约化 (3) 对任意同定的叫∈w,定义泛函 :x—R如下: ≤ k+ <0, m n …/IVul +v(x)u dz、( )=,( +叫) :{u∈ n: Ⅳu2=1)RN。J  1(1 1一 ≥ 一 >0. (4) ) 对任意i∈{1,2,…, }, lim妒 一 在日 (RⅣ)内. 其中 ∈ .由于伽同定,当 ll一。。时, ( )一嘲.  ).由 是有限维的,可知存在 0 (5) 设 =sup ( 0),且 注1由命题1,可推得以下两个结论:(1)存 ∈ 使得 = (在正整数 ,使当m> 时,对V ∈ \{0}, 一△ 0+v(x)vo=K(x)1w+VoIp一 (叫+V0)(12) 引理1存在函数h∈C ( , ),使对任意 ∈ 【l l +v(x)v ]dz<0;(2)对V叫∈ [1Vwl +v(x)w 】dz>0. 记 ,Q 分别为日 ( Ⅳ)到 , \{0), 在fxm) 中. 的投影 ,若 ≠ ( ),则有I(v+叫)<,( (叫)+叫),并且 算子.根据文献[7】,存在与l1.II1等价的范数l1.1l, h(w)满足(12)式. 使得对任意u∈H (RⅣ)有- 证明根据文献[6】的讨论和(12)式,引理易证. 对任意 ∈W,令F(w)=I(h(w)+叫).易得, IIQ uII 一IIPmuII :/(IVul +Vu )d . 记  ̄=inf{ 业:uE Ht( \{0)). (6) F∈C (W,R).类似于文献[6】中引理2.2的证明, 下面的结论成立. 弓l理2对每一叫∈W有 IIF (伽)II(H-(R ))・:II, ( (叫)+叫)II(H-(R ))・ 成立. 根据文献[10.13】中的结论知下列问题 一Au+ 。。t上=,GP一 , t上>0在RⅣ内 引理3设{ )c W是关于泛函F的(P.s.)。 在日 (RⅣ)中存在唯一解w(x)(这里的唯一性是指 序列.若 将w(x一 ), ∈RⅣ看作一类,即平移变换意义下 的唯一性),且w(x)满足下列关系式 0<c<(壶一 ) 呻 , (13) 那么{叫 }有在日 (RⅣ)中强收敛的子列. -,/[1vw(x)l + 。。(叫( )) 】dz=。5pl,I叫( )I;=1, RN 证明记 = 酷 (∈R  ),KM ma ̄:ERxN K(z)・ 设{叫 }c W是泛函F的(P.s.)。序列,即 F(w )一c,F (叫 )一0. 由泛函F的定义和引理2有 (7) im w(x)lxl ̄Ⅳ一 )/ exp(vL§Ix1):d1>0, (8) im I 叫( ) (N-1)/。exp(vL Ix1)=d2>0,(9)  .,(叫 +h(w ))一c,, (叫 +h(w ))一0. 记u =叫 +h(w ).当n充分大时, 其中dl>0,d2>0.对每一 ∈RⅣ,记叫 :=叫( 一 ). 定义函数77m:RⅣ一R。如下: 1 0, 若 ∈Bm+l, ( ):={I I—m一1,若 ∈D =Brn+2\Brn+l, l 1, 若 ∈RⅣ\B +2. 对每一m∈N,让 c+1+IIu II≥,( )一 (, (u ),u ) =( 一 ) ( )IunIp d ≥(去一 ) I P dx=c1 Un.(14) 由I-I61der和Sobolev不等式,当n充分大时, IIQ(u ) =∈(RⅣ\B2 ):={ ∈RⅣ:I I≥2m}, 然后记 叫 , ( )=叼 叫 =即 w(z一 ). 的定义知,对任意 ∈X 有 (10) (11) (, (u ),Q(u ))+// ̄(x)lu Ip Q(u )dz 由叩 ( )及 supp(w , )n supp(v)= ≤ (u.)ll+KM(/lu Ipd ) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 王非之:RN中带不定线性项的椭圆方程解的存在性 129 ・(/ lQ(u )l d )亩 .,RN ⅣlV 2+v ̄V2 则可得6≥ ( Ⅳ p, <llQ(u )ll+KMlu l: lQ(ti )l,  ̄<llQ(u )ll+c2]u l暑一 lIQ(ti )ll,  ̄b /p,因此6≥ Iv M2/(2--P) . ̄P/‘ _2 . 那么lIQ(ti )ll≤1+c2]u _。.由(14)式, lIQ(ti )ll≤1+C2(C5+c611u l1) . 类似可得llP(u )ll≤1+C8(C5+ ̄llti l1) ,那么, 由(15) ( )式 I(ti )= 1/(IVu I + ( )u )dx z JRN 一 lJu l J=llQ(ti )11 +JIF(ti )11 ≤[1+c2(c5+ ̄llti l1) ] +[1+c8(c5+ ̄llti l1) ] . 既然 <1,司得{un)是有界的・不妨假设un弱 收敛 ・易得( ( ), )=0,且 JRN /lVvl + ( ) dx=/K(JRN x)lvl,dx. 进一步可得 )=三 Ⅳ(1 12+V(咖 )d 一 1 Ⅳ ) I d =(三一三) N ( )l I d ≥。. (15) 令 n=un— ・由文献[ 的引理1・32可得, J/(RN IVu l + )u )dx=/(JRN IVy I + ( ) )dx +/(JRN IVvl + ( ) )dx+o(1) =J/(RN [Vv f。+ 。。 2)dx +t(RⅣ IVv l+ ( ) )dx+D(1),(16) JRN /K(x)lti Ipdx /R ( ) [Pdx+/R ( )f [Pdx+o( )・( 7) ( (u ),it ) =.,RN /(1Vu I + )u )dx一/K(JRN x)lti I dx =.,RN /(1V I + ) )dx+/(JRIV 1V l + ) )dx r r 一.,RN /K(x)lv Ipdx一/K(JRIV x)lvl dx+D(1) , r =.,RN /(1V I + 。。 2)dx一/K(JR x)lv I dx +( ( ), )+D(1). 根据( ( ), )=0和( (u ),it )一0,可设 /(1V I + 。。 2)dx-+b,t K(x)lv I dx-+b, 可得b=0.事实上,由 的定义,有 /(Ivv f +t,。。t, )dx≥ (/Iv.I"dx) /p. /RⅣ ( )lunI 1/RⅣ(IV I+ (咖 ) +去/RⅣ(IV 12+v(咖 ) 一 /RⅣ ( )l I 一 /RⅣ ( )l IPdx+o( ) )+去/RⅣ(IV I+ (咖 ) 一言/RⅣ ( ) IP dx+o( )・ 根据6≥ ‘。一 ’ ( 一 ,可得 c≥(三一 (三一 1  ̄vM21 , 这与(13)式矛盾.因此b=0.那么 0≤IIv II1=[/(JRN IVv I + 。。 )dx] / --*b / =0, 所以 一0在日 (RⅣ)中.因此,u 一u在日 (RⅣ) 中,那么W + (叫 )一u在H (RⅣ)中.根据叫 + (叫 )的有界性,易得W 一Qu在W中.引理证毕. 3主要定理的证明 本节应用山路引理证明主要定理. 引理4存在正数 ,p使得F(叫)≥ >0,其中 W∈W且ll叫ll=P. 证明由引理1,对任意W∈W\{0), F(叫)= (加+ (叫)) ≥ ) /RⅣ(IV叫I。+ ( )叫。)d 一 /RⅣ ( )l叫I =11 ̄.1l 一 1 2) I d Ⅳ 。≥ 1『 I『I。一c1『I叫『 I. 因此存在正数Q,p使得F )≥ >0,其中W∈W 且ll叫ll=P. . 引理5存在 ∈W且 B(O,P)使得F(v)<0. 证明由W , 的定义, F(tw , )=I(tw , +h(tw , )) 维普资讯 http://www.cqvip.com 130 兰州大学学报(自然科学版) 第43卷 = [[Vtwm,z ̄+h(twin,z. ̄ 【4]ALAMA S.‘Multibump’bound states for certain semilinear elliptic aligns[J].Indiana J Math,1992, + )(£ , +h(tw , )) ]dx 41(4):983-1026. 一 )ltwm, ̄+h(twin,z, ̄ 【5l BARTSCH T,DING Y H.On a nonlinear Schr6dinger laign with periodic potentila[J].Math Ann,1999, ≤三 [IVtwm,z, ̄J2+V( )(twni,z ̄) 】d 313(1):15-37. 【61 BUFFONI B,JEANJEAN L,Sturt C A.Existence of a 一 ( )Itw~m  Id non・-trivial solutions to a strongly indefinite semilin・- Soc,1993,119(1): Wm)zm ( )IWm,zmI ear equation[J].Proc Amer Math 175—186. 注意到m>Mo,所以存在t0>0,使当t≥t0时 【7】COSTA D G,TEHRANI H.Existence and multiplic- F(tw , )<0.不妨设 = , ,其中所取 使得 ity results for a class of SchrSdinger alings with I I, II>P,则结论得证. indefinite nonlinearities[J].Advances in Diferentila 引理6存在 ≥Mo使得如果m> ,则下列结 Equations,2003,8(11):1 319—1 340. 论成立:存在常数Rm≥2m使得若Iz I≥R ,则 【8】刘嘉荃,李树杰.多个临界点的存在性定理及其应 F(twm, )<(吉一 ) 一。,t≥0, (18) 用【J】.科学通报,1984(17):3-5. 其中叫 , 在(10)式中给出定义. I9】EGOROV Y,KONDRATIEV V.On Spectral Theorey 证明由F及w , 的定义, of Elliptic Operators[M].Basel:Birkh ̄iuser,1996. F(tw , )≤I(tw , ). 【10】BAHRI A,LI Y Y.On a minmax procedure for the existence of a positive solution for some certain 然后根据文献【14】的结果可证明引理. scalra field aligns in RⅣ【J】.Rev Mat Iberoameri— 主要定理的证明由引理5可得,在 中存在 carla,1990,6(1):1-15. e譬B ,使得F(e)<0.令 【111 GIDAS B,NI W M,NIRENBERG L.Symmetry F={ ∈c(【0,1】, )I (0)=o, (1)=e). of positive solutions of nonlinear elliptic aligns in 定义c=inf maxF( ).根据引理3和山路引理可得 RⅣ[C]//Math Anal Appli Part A。Advances in c是F的临界值。再根据引理1和引理2,从相应的 Math Suppl Studies 7A.NACHBIN L.New York: 临界点v0可得问题(1)的解 ( 0),显然 ( 0) Academic Press,1981:369-402. ≠0. 【12】KWONG M K.Uniqeness of positive solutions of 参 考 文 献 △t正.t正+t正p=0【J].Arch Rational Mech Anal,1989, SIRAKOV B.Existence and multiplicity of solutions 105(3):243-266. of semi.1inear elliptic aligns in RⅣ【J】.Calc Var, 【13】SRAUSS W A.Existence of solitray waves in higher 2000,11(2):119-142. dimensions[J].Comm Math Phy,1977,65(2):149- 【2】WILLEM M.Minimax Theorems[M].Boston: 162. Birkh ̄user,1996. 【14】WANG F.Multiple solutions for some nonlinera 13l CHABROWSKI J,SZULKIN A.On a semilinear SchrSdinger aligns with indefinite linear part[J]. SchrSdinger laign with critical Sobolev exponent[J]. Journal of Mathematical Analysis and Applications, Proc Amer Math Soc,2002,130(1):85-93. 2007,331(2):1 001—1 022. Existence of nontrivial solutions for an elliptic equation ,with an indefinite linear part in Ⅳ wANG Fei—zhi (School of Mathematics and Information Sciences,Yantai University,Yantai 264005,Shandong,China) Abstract:The existence of a nontrivial solution for a kind of elliptic equations with an indefinite linear part in Ⅳis proved through Lyapunov—Schmidt reduction and mountain pass lemma. Key words:critical point;elliptic equation;Lyapunov—Schmidt reduction;mountain pass lemma AMS Subject Classiifcations(2000):35J70 

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