ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.08.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 0
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Оценим |
норму оператора |
G(t). |
||
Пусть |
|
|
|
|
|
|
!/(*)11в<л*\п)= 1. Тогда |
|
|||
[\G(t)f\\B < C(t, |
«V(_) (х) |9) |G0 (i) f Its = |
|
|||
= C(t, |
II y<-> (*) |9) |
|
|
JJ exp ( - 1у I- |
|
- (x - у)*/401/ (x) |dxdy = C(t, |
ЦУ<-> (x) |f) (4Я/)-*/2 |
X |
|||
X Jjexp |
(x — if) + |
\y— x\— |*|) |/ (x) I dxdy. |
|||
Из неравенства |
(2.3) следует, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
||У<->(*)||9). |
(2.4) |
Но какова бы ни была финитная функция ф(х), справедли во равенство
1imIIG (2f) ф — ф|в <Пш|О(0ф — фЦудедгча) = 0 . (2.5) |
||
/-Н-о |
<-»о |
х |
Так как множество финитных функций всюду плотно в B(Rn'\Q), то из (2.4), (2.5) и теоремы Банаха следует, что для любой функции ф(х)еД(./?яХ&2).
^Hrn IG(/) ср — ср \B(rn\ q) = °-
Лемма 2.1 доказана.
Пусть t — произвольное фиксированное положительное число, t e ( 0, о о ). Рассмотрим уравнение
и(х, X) е~и =-- J G (х, у, t) и (у, X) dy. |
(2.6) |
Теорема 2.1.
1) Уравнение (2.6) при данном fe(0 , оо) может иметь решения из Ь°° только при X = ‘kQ+2mm/t, где Я,о^(—°о, оо ),
аот — целое число;
2)если функция и(х, X ) e L “ и при некотором t e ( 0, оо) удовлетворяет уравнению (2.6), то функция и(х, К) удовлет воряет уравнению (2.6) при всех ^>0 и является решением уравнения
|
Ни = Х0и, |
1ш^о = 0, |
X = XQ-f 2nim/t; |
3) |
множество тех точек X, Я<0, для которых уравнение |
||
(2.6) |
имеет при данном t>0 нетривиальное решение из L°°, |
||
не более чем счетно. |
Оно не зависит от 1, и каждая функция, |
41
удовлетворяющая уравнению (2.6) при Х<0, принадле жит L2.
Д о к а з а т е л ь с т в о . Если функция и(х, X)^L°° и при некотором t— to>0 удовлетворяет равенству (2.6), то в силу теоремы (1 .2) функция и(х, ДЛ равна нулю на множестве Q и поэтому принадлежит B(Rn nQ). Для ф^ В (RN\Q) спра ведливо равенство
Яф = — А0ф,
где А0 — инфинитезимальный оператор полугруппы G(t). В пространстве В(Д^\Й) рассмотрим операторы1
■S (t) = exp (Xt) G(t), |
0 < |
t < |
t0, |
/„ = fiT1 j exp (2nint/t0) S (t) dt. |
|||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
Операторы S(0 |
и In коммутируют c G(-t) |
и удовлетворяют |
|||||||
равенствам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S(i)In = InS(t), |
1 п1т= ь пт1 м. |
|
|
||||||
Лемма 2.2. Если V(x)^A(a, R), u(x, I)eL°° и функция |
|||||||||
u{x,X) при некотором |
t— t0>0 |
удовлетворяет |
уравнению |
||||||
(2.6) , то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 (1аи)(х, Л)| = 0 (1), |
|
\VxUnU)(x-, Щ = 0 {1 ), |
\х\-+оо. |
||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Достаточно заметить, |
что в силу |
|||||||
равенства |
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.7) |
|
и(х, X) = |
(ext°G(t0)u)(x, |
X), |
|
|||||
справедливо равенство |
|
|
|
|
|
|
|
||
Inu = |
to1J e2nint/t°+Xi+u° G(t + |
g |
udt = |
|
|
||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
= to1ext° jV 2ni'n/'“+w' [G0t + t0) - g ( t |
+ t0)] иdt |
(2.8) |
|||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
и к равенству (2.8) |
применить оценки теоремы (1.1). |
(Оценки |
теоремы (1 .1 ) равномерны по t на любом замкнутом интер вале [а, '6] с ( 0, °°), в этом не трудно убедиться, просматри вая их вывод.)
Пусть функция и(х, X)^L°° и удовлетворяет уравнению (2.6) при t— t0>Q. Разложим функцию S(t)u, рассматривае мую как функцию i со значениями в банаховом пространстве B(Rn^Q), в ряде Фурье по t на промежутке [0, fij]. Так как
1 Здесь применен прием, использованный для аналогичных целей в книге
[5, стр. 484].
42
G(t) — полугруппа класса Со в B(RN'\.Q), то функция S(t)u сильно непрерывна по t на интервале [0, 4 ], а в силу равен ства (2.7) она периодична по t с периодом to, поэтому ряд Фурье функции S(t)n суммируем в метрике B(RN'\Q,) мето дом Чезаро
|
|
|
п—оо |
2Jtinf |
|
|
|
|
|
|
S (t)u — (C, i) |
£ |
e |
<0 I,Я |
o < t ^ t 0. . |
(2.9) |
|||||
|
|
|
n==—oo |
|
|
|
|
|
|
|
Каждая( функция (/n«) (x, X) |
при |
всех .^>0 |
удовлетворяет |
|||||||
равенству |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
Inu = G(t)Inu |
|
|
(2 . 10) |
|||
и поэтому удовлетворяет уравнению |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Я {1пи) = |
(Л, + |
2ninjtQ) Iпи, |
|
|
(2.11) |
|||
В силу замкнутости оператора А0 уравнение (2.11) |
в области |
|||||||||
{х, \х]^2R} принимает вид |
|
|
|
|
|
|
||||
(— А + V (х)) (1пи) (х, Х) — (Х-\- 2лт 110) (Inu) (х, |
X). |
(2.12) |
||||||||
Пусть 1ш(Я,-)-2лш/^0) > 0 . |
Применим формулу |
Грина к |
функ |
|||||||
ции (Inu)(x, X) и функции |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Y X+ 2яin/t0 |
N/2—\ |
|
|
|||
£п(х, \х — у \) = \ |
|
|
|
|
||||||
2л \х—■у \ |
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X ( |X — у I Ух + |
2nin/t0) |
|
|
|
||||
в области {х, 2R ^ |x| |
|
а потом положим Ri-+°o. В силу |
||||||||
оценок леммы 2.2 |
интеграл по поверхности |x|=7?i пропадет, |
|||||||||
и мы получим |
j |
Еп(Х, \х— у \)V(х) (Inu) (х, X) dx + |
||||||||
(/„«) (у, |
X) = |
|||||||||
|
|
|*1>2Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ j Ш » (* . |
Щ хЕп(Х, \х— у 1) — ЯП(Я, |
\х— у I)ух X |
||||||||
|*|=2Д |
|
|
X (Inu){x, X)}dSx. |
|
|
|
(2.13) |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
Из формулы |
(2.13) в силу условий |
Л (a, R) |
следует оценка |
|||||||
(1пи)(У. В) = |
0(1 УГы~ а), |г/1 —s-cjo. |
Так как (1пи) (у, Я)еС°°, |
||||||||
то из этой оценки следует, |
что |
(1пи) (у, |
Х)^Ь2. Но оператор |
G(t), рассматриваемый как оператор в В2, самосопряжен, по этому из равенства (2.10) следует, что (1пи) (У, &)=0. Совер шенно аналогично доказывается, что
(/„«)(х, X) = 0, если Im(X + 2nin/t0)<^0.
43
Теперь предположим, что не найдется такого цеЛого числа д, что /дг(А+2ш'дД0) =0. Тогда для всех д выполнено равен ство (/„и) (х, Я) s 0 , и из (2.9) следует, что при всех £е[0, t0] выполнено равенство S(t)u—0, а отсюда вытекает, что и(х, А) = (S(to)u) (х, А)=0. Если найдется такое До, что Im(X+2mti/t0) =0, то положим Ао = А+2ш'д0До. Так как при пфп0 выполнено равенство (/пы) (х, А,) =0, то из (2.9) сле дует, что при всех £>0
—2Я1П0< |
|
|
|
|
S(t)u = e и |
/„„и, |
S {t0)u = и = 1Пои, |
||
поэтому функция и(х, |
А) при всех * е ( 0, |
оо) |
удовлетворяет |
|
уравнению |
|
|
|
|
|
erW u = G(t)u |
|
(2.14) |
|
и есть решение уравнения |
|
|
|
|
|
Ни = |
А0и. ' |
|
|
Пусть Ао<0. Тогда из |
(2.13) следует, что функция и(х, А)<= |
|||
e L = L1 f|Tce. Но может существовать |
не |
более счетного |
числа разных точек Ао0для которых уравнение (2.10) имеет нетривиальные решения из L2, поэтому при данном t сущест вует не более счетного множества точек, лежащих в левой полуплоскости, для которых уравнение (2.6) имеет нетриви альные решения из А°°. Так как решение уравнения (2.6) при некотором t=t0>0 есть решение при всех ^ > 0, то множество точек {A; Ai<0}, для которых уравнение (2.6) имеет нетриви альные решения из А00, не зависит от t.
Теорема 2.1 доказана.
Лемма 2.3. Если,функция и(х, A)eL°° и при А=^=0 удовле
творяет уравнению |
|
|
|
Ни = Хи, |
(2,15) |
то она при всех £ > 0 |
удовлетворяет уравнению (2.6); если |
|
функция и(х, 0)^L°° |
и . при А = 0 |
удовлетворяет уравнению |
(2.15), то функция P(Q)u при всех ^>0 удовлетворяет урав нению (2.6).
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Рассмотрим |
сначала |
случай |
|
А=т^0. Из уравнения |
(2.11) |
следует, что и(х, А)=0, |
xeQ, по |
|
этому и(х, X)^B(Rn'^Q) |
и уравнение |
(2.15) эквивалентно |
||
уравнению |
|
|
|
|
, |
А0и = — Аи. |
|
(2.16) |
Из равенства (2.16) следует, что и(х, А)&О(Л0).
Рассмотрим функцию cp(x, t)—G(t)u. Эта функция удов летворяет дифференциальному уравнению
44
= G (t) A0u = — XG{t)u — .— Ц>, |
ф(х, + 0) = и(х,- X). |
dt |
(2.17) |
|
Легко видеть, что решение задачи (2.17) единственно, причем Ф(х, t) = е~и ф (х, + 0) = е~и и(х, X) = G (t) и.
Если А,=0, то те же рассуждения применимы к функции
P(Q)u.
Лемма 2.3 доказана.
Следствием леммы 2.3 и теоремы 2.1 является Теорема 2.2.
/) необходимым и достаточным условием того, что функ ция u(x; X)^L°° и есть решение уравнения (2.1 ), является выполнение равенства (2.6) при некотором tQ>0, причем если равенство (2.6) выполнено при некотором ^о>0. то оно вы полнено при всех t > 0;
2) если функция и(х, 0) есть решение уравнения Ни=0, то функция P{Q)u удовлетворяет равенству (2.6) при всех
i > 0;
3)уравнение (2.1) имеет нетривиальные решения из LM ТОЛЬКО при А,е(—оо, оо);
4)существует самое большое счетное множество точек
{Х,г-, Хг< 0}, для которых уравнение (2.1 ) имеет нетривиаль ные решения из L°°, причем каждое это решение принадлежит L и удовлетворяет уравнению (2.3) при всех ^>0.
§3. Решения уравнения (2.4), удовлетворяющие условию
*излучения
Итак, |
мы доказали, |
что |
для |
того |
чтобы функции |
|||
и{х, |
и при Х=ф0 удовлетворяла бы уравнению |
|
||||||
|
Ни — Хи, |
' |
|
|
(2.18) |
|||
необходимо и достаточно, |
чтобы |
она |
при некотором ^>0 |
|||||
(а значит, |
и для всех ^ > 0) |
удовлетворяла бы уравнению |
||||||
|
е~и и = jG(x, |
у, |
t)u(y, |
X) dy. |
(2.19) |
|||
Пусть |
и(х, X) = е1кх-(- ф (х, Ш |
|
|
|||||
|
|
(2.20) |
||||||
|
G(t) = G0(t)-g{t). |
|
) |
|
||||
|
|
|
|
|||||
Подставив (2.20) в (2.19), получим, |
|
что |
функция |
ф ( х , к ) |
||||
удовлетворяет уравнению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(е-м _ Ga(/)) q>= g(f) (eikx+ |
ф). |
( 2. 21) |
45