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Datos limitados significa solución limitada a PDE parabólica.

Deje $u_0 \in L^\infty(\Omega)$ e $f \in L^\infty((0,T)\times\Omega).$ Considera $$u_t - \Delta u = f$$ $$u|_{\partial\Omega} = 0$$ $$u(0) = u_0$$ o, más generalmente, reemplace $\Delta$ con una adecuada elíptica operador $A$. ¿Cómo hace uno para mostrar que $u \in L^\infty((0,T)\times\Omega)$?

(Mi pregunta se deriva de este trabajo: http://www.mat.uniroma2.it/~porretta/papers/Blanchard-Porretta-JDE.pdf. Ver Teorema A. 1 en el anexo (página 425). Es diferente no lineal de la ecuación, pero esto debe ser verdad).

Gracias

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mkl314 Puntos 1926

Deje $\Omega\subset\mathbb{R}^n,\,n\geqslant 2,$ ser un almacén de dominio con Lipschitz límite. Para un cilindro $\,Q_T=\Omega\times(0,T),\,$ denotar por $S_T$ de su superficie lateral $\partial\Omega\times (0,T)$, con la notación $\Gamma_T$ de pie por su parabólico límite de $\{(x,t)\colon\; x\in \overline{\Omega},t=0\}\cup S_T$. Obviamente, la solución de $u$ a no homogénea de la ecuación del calor $\,u_t-\Delta u=f\,$ en $\,Q_T\,$ con innhomogeneous condición de contorno $u|_{S_T}=\psi$ puede ser representado en el formulario de $u=v+w\,$ donde $$ \begin{cases} v_t-\Delta v=0\;\;\text{in}\;\;Q_T\,,\\ v|_{\partial\Omega}=\psi,\quad t\in [0,T],\\ v|_{t=0}=u_0,\quad x\in\overline{\Omega}, \end{casos} \qquad \begin{cases} w_t-\Delta w=f\;\;\text{in}\;\;Q_T\,,\\ w|_{\partial\Omega}=0,\quad t\in [0,T],\\ w|_{t=0}=0,\quad x\in\overline{\Omega}. \end{casos} $$ Deje $v\in H^1(Q_T)$ ser una solución débil de satisfacer la integral de la identidad $$ \int\limits_{Q_T}v_t\varphi_t\,dxdt+\int\limits_{Q_T}\nabla v\cdot\nabla\varphi\,\,dxdt =0\quad \forall\varphi\H^1(Q_T)\colon\; \varphi|_{S_T}=0\etiqueta{1} $$ con condiciones iniciales y de contorno $$ v|_{t=0}=u_0\H^{\frac{1}{2}}(\Omega),\quad v|_{S_T}=\psi\H^{\frac{1}{2}}(S_T). $$ Para la solución de $v$, denotan $m\desbordado{\rm def}{=} \underset{\Gamma_T}{\rm ess\,sup\,}{v}\,$ con el finito esencial supremum tomado parabólico límite de $\Gamma_T\,$ w.r.t. el $n$-dimensiones de Lebesgue medida, y deje $\eta_m$ ser una función de Lipschitz de la forma $$ \eta_m(\xi)= \begin{cases} 0,\quad \xi\leqslant m,\\ \xi-m, \quad \xi>m. \end{casos} $$
Está claro que $\eta_m(v)\in H^1(Q_T)$ mientras $\eta_m(v)_{S_T}=0$ para cualquier solución de $v$. Tomando en $(1)$ la función de la prueba de $\varphi=\eta_m(v)$ rendimientos $$ \int\limits_{Q_T}\frac{\partial\,}{\partial t}\Phi_m(v)\,dxdt+ \int\limits_{Q_T}\eta _m(v)|\nabla v|^2dxdt=0\etiqueta{2} $$ debido a la regla de la cadena $\nabla\varphi=\eta'_m(v)\nabla v$, donde no negativo la función $\Phi_m$ se define como $$ \Phi_m(\xi)= \begin{cases} 0,\quad \xi\leqslant m,\\ \frac{1}{2}(\xi-m)^2, \quad \xi>m. \end{casos} $$ Pero $\,\Phi_m(v)|_{t=0}=0$, por lo tanto, por $(2)$ sigue $$ \int\limits_{\Omega}\Phi_m\bigl(v(\cdot,T)\bigr)\,dx+\int\limits_{Q_T}|\nabla \eta_m(v)|^2dxdt=0$$ desde $\eta'_m=(\eta'_m)^2$. Por lo tanto, $\nabla \eta_m(v)=0\,$ a.e. en $Q_T$ lo que implica que $\eta_m(v)=C(t)\,$ a.e. en $Q_T\,$. Pero $\eta_m(v)|_{S_T}=0$, es decir, $\,C(t)=0\,$ a.e. en $(0,T)\,$, y, por tanto, $\eta_m(v)=0\,$ a.e. en $Q_T\,$. El segundo implica la débil esencial principio del máximo $$ \underset{Q_T}{\rm ess\,sup\,}{v}\leqslant m=\underset{\Gamma_T}{\rm ess\,sup\,}{v} \etiqueta{3} $$ con la esencial supremum tomado el cilindro $Q_T\,$ w.r.t. el $(n+1)$-dimensiones de Lebesgue mesure. Para establecer $$ \underset{\Gamma_T}{\rm ess\,inf\,}{v}\leqslant\underset{Q_T}{\rm ess\,inf\,}{v} \etiqueta{4} $$ basta sustituto $v$ en $(3)$ por $-v$. Las desigualdades $(3)$ e $(4)$ de rendimiento la débil esencial principio del máximo para el módulo de $$ \underset{Q_T}{\rm ess\,sup\,}{|v|}\leqslant\underset{\Gamma_T}{\rm ess\,sup\,}{|v|} \etiqueta{5} $$ Para estimar la solución de $w$, aviso que puede ser construido con Duhamel del principio, es decir, en la forma $$ w(x,t)=\int\limits_0^t h(x,t,\tau)\,d\tau $$ con la función $h=h(x,s,\tau)$ definidos para cada $\tau\in (0,T)$ finitos norma $\|f(\cdot,\tau)\|_{L^{\infty}(\Omega)}$ como solución de la inicial del valor en la frontera problema $$ \begin{cases} h_{s}-\Delta h=0\;\;\text{in}\;\;\Omega\times (\tau,T)\,,\\ h|_{\partial\Omega}=0,\quad s\in [\tau,T],\\ h|_{s=0}=f(x,\tau),\quad x\in\overline{\Omega}. \end{casos} $$ De lo contrario, es decir, para $\tau\in (0,T)$ con el infinito norma $\|f(\cdot,\tau)\|_{L^{\infty}(\Omega)}\,$, una opción cero $h(\cdot,\cdot,\tau)=0$ es elegido sin pérdida de generalidad. Por lo tanto, para casi todas las $s\in (\tau,T)$ por $(5)$ sigue $$ \underset{\Omega}{\rm ess\,sup\,}{|h(\cdot,s,\tau)|} \leqslant\underset{\Omega}{\rm ess\,sup\,}{|f(\cdot,\tau)|} $$ para casi todos los $\tau\in (0,s)$, de donde sigue $$ \underset{\Omega}{\rm ess\,sup\,}|w(\cdot,t)|\leqslant \int\limits_0^t \underset{\Omega}{\rm ess\,sup\,}|h(\cdot,t,\tau)|\,d\tau \leqslant\int\limits_0^t \underset{\Omega}{\rm ess\,sup\,}|f(\cdot,\tau)|\,d\tau $$ para casi todos los $t\in (0,T)$. Para una solución débil $u\in H^1(Q_T)$ a la no homogéneos ecuación del calor $u_t-\Delta u=f$, lo que tiene la siguiente débil esencial principio del máximo para el módulo de $$ \underset{Q_T}{\rm ess\,sup\,}|u|\leqslant\underset{\Gamma_T}{\rm ess\,sup\,}{|u|} +\int\limits_0^T \underset{\Omega}{\rm ess\,sup\,}|f(\cdot,t)|\,dt. $$

2voto

Calrion Puntos 1088

Si tiene una solución clásica, evalúe en el punto de máximo de$u$. El laplaciano tiene el signo apropiado y luego obtienes $$ \ frac {d} {dt} \ | u (t) \ | _ {L ^ \ infty} \ leq \ | f \ | _ {L ^ \ infty}. $$ A continuación, integrar en el tiempo.

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