Prostory funkcí a řešitelnost základních typů PDR - Matematika pro ...

Prostory funkcí a řešitelnost základních typů PDR - Matematika pro ... Prostory funkcí a řešitelnost základních typů PDR - Matematika pro ...

11.07.2015 Views

4.3. Schauderova teorieSchauderova teorie se týká diferenciálních operátorů typuLu def=N∑︁ ∂∂ 2 uN∑︁a ij (x) (x) + b i (x) ∂∂u (x) + c(x)u(x) ,∂∂x i ∂∂x j ∂∂x ii,j=1i=1kde funkce a ij , b i a c ∈ C 0,α (Ω), i, j = 1, . . . , N, a funkce a ij splňují podmínky uniformní elipticity(4.13). a symetrie (4.14) Tato teorie se týká existence klasických řešení. Je založena na teorii potenciálu,kterou v jistém smyslu zobecňuje. Objev Schauderovy teorie Juliuszem Schauderem [22] v roce1930 znamenal průlom nejen v teorii eliptických parciálních diferenciálních rovnic, ale přinesl rovněžstěžejní výsledky ve funkcionální analýze. Slavný Lerrayův-Schauderův stupeň zobrazení, dnes nepostradatelnýnástroj nelineární analýzy, byl původně vytvořen za účelem studia i rovnic lineárních.Tento fakt je dnes v záplavě nelineárních článků již velice málo znám.Věta 4.9 (Hlavní Schauderův odhad, Gilbarg-Trudinger [9], Věta 6.6). Nechť 0 < α < 1,Ω ⊂ R N je oblast s hranicí třídy C 2,α a nechť u ∈ C 2,α (Ω) je klasické řešení úlohyLu = f v Ω , (4.17)u = φ na ∂∂Ω , (4.18)Obsah264. strana ze 343◭ ◭ ◮ ◮◭◮kde f ∈ C 0,α (Ω), φ ∈ C 2,α (Ω), koeficienty operátoru L splňují podmínku uniformní elipticity (4.13)a existuje Λ > 0 takové, že∀i, j = 1, . . . , N : ‖a ij ‖ C 0,α (Ω) , ‖b i‖ C 0,α (Ω) , ‖c‖ C 0,α (Ω)≦ Λ. (4.19)Potom)︁‖u‖ C 2,α (Ω)(︁‖u‖ ≦ C C0 (Ω) + ‖φ‖ C 2,α (Ω) + ‖f‖ C 0,α (Ω), (4.20)kde C > 0 závisí jen na N, α, λ, Λ a Ω a nikoliv na u.Zavřít dokumentCelá obrazovka ⧸︀ Okno

Poznámka 4.10. Aby nedošlo k mylné interpretaci předchozí věty, zdůrazněme, že věta předpokládá,že pokud máme klasické řešení u ∈ C(Ω) ∩ C 2 (Ω) úlohy (4.17), o kterém už víme, žeu ∈ C 2,α (Ω), pak je jeho norma odhadnuta nerovností (4.20). Věta neříká, že každé klasické řešeníu ∈ C(Ω) ∩ C 2 (Ω), úlohy (4.17) má normu ‖u‖ C 2,α (Ω)odhadnutou nerovností (4.20) a tudíž je již zC 2,α (Ω).Poznámka 4.11. Všimněte si, že na pravé straně nerovnice (4.20) vystupuje též norma ‖u‖ C0 (Ω)a proto Věta 4.9 zahrnuje i případ, kdy L má netriviální jádro. Například Dirichletova úloha naomezené oblasti Ω ⊂ R N s hranicí třídy C 2,αΔu + λ 1 u = 0 v Ω ,u = 0 na ∂∂Ω ,kde λ 1 je první vlastní číslo, má nekonečně mnoho řešení. Tato řešení lze psát ve tvaru u = t φ 1 , kdet ∈ R a φ 1 je první vlastní funkce operátoru Δ s homogenní Dirichletovou podmínkou na ∂∂Ω.Poznámka 4.12. Konstanta C závisí na oblasti Ω v tom smyslu, že C závisí na konstantě K, kteráomezuje C 2,α normy zobrazení ψ, která lokálně reprezentují hranici ∂∂Ω.Věta 4.13 (Existence klasického řešení Dirichletovy úlohy, Gilbarg-Trudinger [9], Věta6.8, str. 100). Nechť 0 < α < 1, Ω ⊂ R N je oblast s hranicí třídy C 2,α . Nechť L splňuje stejnépředpoklady jako ve Větě 4.9 a nechť navíc c(x) ≦ 0 všude v Ω. Za těchto předpokladů platí následujícíimplikace. Má-li Dirichletova úloha pro Poissonovu rovniciΔu = f v Ω ,u = g na ∂∂Ωřešení v prostoru C 2,α (Ω) pro každé f ∈ C 0,α (Ω) a každé g ∈ C 2,α (Ω), potom má i úlohaLu = f v Ω , (4.21)u = g na ∂∂Ω (4.22)jednoznačné řešení v prostoru C 2,α (Ω) pro každé f ∈ C 0,α (Ω) a každé g ∈ C 2,α (Ω).Obsah265. strana ze 343◭ ◭ ◮ ◮◭◮Zavřít dokumentCelá obrazovka ⧸︀ Okno

Poznámka 4.10. Aby nedošlo k mylné interpretaci předchozí věty, zdůrazněme, že věta předpokládá,že pokud máme klasické řešení u ∈ C(Ω) ∩ C 2 (Ω) úlohy (4.17), o kterém už víme, žeu ∈ C 2,α (Ω), pak je jeho norma odhadnuta nerovností (4.20). Věta neříká, že každé klasické řešeníu ∈ C(Ω) ∩ C 2 (Ω), úlohy (4.17) má normu ‖u‖ C 2,α (Ω)odhadnutou nerovností (4.20) a tudíž je již zC 2,α (Ω).Poznámka 4.11. Všimněte si, že na pravé straně nerovnice (4.20) vystupuje též norma ‖u‖ C0 (Ω)a <strong>pro</strong>to Věta 4.9 zahrnuje i případ, kdy L má netriviální jádro. Například Dirichletova úloha naomezené oblasti Ω ⊂ R N s hranicí třídy C 2,αΔu + λ 1 u = 0 v Ω ,u = 0 na ∂∂Ω ,kde λ 1 je první vlastní číslo, má nekonečně mnoho řešení. Tato řešení lze psát ve tvaru u = t φ 1 , kdet ∈ R a φ 1 je první vlastní funkce operátoru Δ s homogenní Dirichletovou podmínkou na ∂∂Ω.Poznámka 4.12. Konstanta C závisí na oblasti Ω v tom smyslu, že C závisí na konstantě K, kteráomezuje C 2,α normy zobrazení ψ, která lokálně reprezentují hranici ∂∂Ω.Věta 4.13 (Existence klasického řešení Dirichletovy úlohy, Gilbarg-Trudinger [9], Věta6.8, str. 100). Nechť 0 < α < 1, Ω ⊂ R N je oblast s hranicí třídy C 2,α . Nechť L splňuje stejnépředpoklady jako ve Větě 4.9 a nechť navíc c(x) ≦ 0 všude v Ω. Za těchto předpokladů platí následujícíimplikace. Má-li Dirichletova úloha <strong>pro</strong> Poissonovu rovniciΔu = f v Ω ,u = g na ∂∂Ωřešení v <strong>pro</strong>storu C 2,α (Ω) <strong>pro</strong> každé f ∈ C 0,α (Ω) a každé g ∈ C 2,α (Ω), potom má i úlohaLu = f v Ω , (4.21)u = g na ∂∂Ω (4.22)jednoznačné řešení v <strong>pro</strong>storu C 2,α (Ω) <strong>pro</strong> každé f ∈ C 0,α (Ω) a každé g ∈ C 2,α (Ω).Obsah265. strana ze 343◭ ◭ ◮ ◮◭◮Zavřít dokumentCelá obrazovka ⧸︀ Okno

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!