Optimal Control of Partial Differential Equations
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4 CONTENTS<br />
4.3 Weak solutions in L p (0, T ; (D(A ∗ )) ′ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43<br />
4.4 Analytic semigroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
4.4.1 Fractional powers <strong>of</strong> infinitesimal generators . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
4.4.2 Analytic semigroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
5 <strong>Control</strong> <strong>of</strong> the heat equation 47<br />
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47<br />
5.2 Distributed control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47<br />
5.3 Neumann boundary control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52<br />
5.4 Dirichlet boundary control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55<br />
5.4.1 Observation in L 2 (Q) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56<br />
5.4.2 Observation in C([0, T ]; H −1 (Ω)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57<br />
5.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59<br />
6 <strong>Control</strong> <strong>of</strong> the wave equation 63<br />
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
6.2 Existence and regularity results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
6.2.1 The wave equation in H 1 0(Ω) × L 2 (Ω) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
6.2.2 The wave equation in L 2 (Ω) × H −1 (Ω) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
6.3 Distributed control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67<br />
6.4 Neumann boundary control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68<br />
6.5 Trace regularity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70<br />
6.6 Dirichlet boundary control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70<br />
6.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73<br />
7 <strong>Equations</strong> with bounded control operators 75<br />
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75<br />
7.2 Adjoint equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76<br />
7.3 <strong>Optimal</strong> control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76<br />
7.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77<br />
8 <strong>Equations</strong> with unbounded control operators 79<br />
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79<br />
8.2 The case <strong>of</strong> analytic semigroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80<br />
8.2.1 The case α > 1<br />
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80<br />
8.2.2 The case α ≤ 1<br />
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82<br />
8.3 The hyperbolic case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85<br />
8.4 The heat equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87<br />
8.4.1 Neumann boundary control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88<br />
8.4.2 Dirichlet boundary control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89<br />
8.5 The wave equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90<br />
8.6 A first order hyperbolic system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91<br />
8.6.1 State equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92<br />
8.6.2 <strong>Control</strong> problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96<br />
8.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97