一类奇异椭圆方程解的存在性

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本文首先考虑奇异半线性椭圆问题{-△u=u-γ+g(x,u), x∈Ω,u>0, x∈Ω, (1)u=0, x∈()ΩQ,其中,Ωc RN(N≥3)是具有光滑边界()Ω的有界区域,γ>0是一个正常数,g:Ω×R→R是一个Carathéodory函数,即:对任意的s∈R,g(x,s)关于x是可测的;对几乎所有的x∈Ω,g(x,s)关于s是连续的.我们的具体做法是利用变分方法和极小作用原理。 主要结果如下: 定理1假设函数g(x,s)满足如下条件:(g1)存在两个函数a∈L2n/n+2(Ω)和b∈Ln/2(Ω)满足│g(x,s)│≤a(x)+b(x)│s│,对一切的s∈R和几乎所有的x∈Ω成立,(g2)存在一个正常数m,使得lims→+∞ g(x,s)/s=m,对几乎所有的x∈Ω成立. 如果m<λ1,那么问题(1)在C(Ω)∩(∩1≤p<∞ W2,ploc(Ω))中有—个解存在,其中入λ1表示具有齐次Dirichlet条件的-△的第一个特征值。 定理2假设函数g(x,s)满足定理1中的条件(g1)和如下假设(g3)存在一个正测度集EcQ和一个函数h∈L1(Q)满足(i)当│s│→+∞,G(x,s)-1/2λ1s2→-∞,对几乎所有的x∈E成立,(ii)G(x,s)-1/2λ1s2≤h(x),对一切的s∈R和几乎所有的x∈Ω都成立,其中G(x,s)=fs0g(x,t)dt,则定理1的结论也成立。 接下来本文讨论如下奇异椭圆方程{-△u+k(x)u-γ=λup, x∈Ω,u>0, x∈Ω, (2)u=0, x∈()Ω,这里,Q c RN(N≥1)是一个有界区域并且具有C2+α边界()Ω,γ、λ和p是三个非负常数,k是定义在Ω上的非负函数,其中0<α<1。本文利用上下解原理得到问题(2)正解的存在性。 定理3设函数k∈Cαloc(Ω)∩C(Ω)并且k(x)≥0且k≠0。如果0<γ<1、0<p<1,那么一定存在一个常数λ∈(0,∞),使得当λ>λ时,问题(2)至少有一个解uλ∈C2+α(Ω)∩C(Ω)且u-γλ∈L1(Ω),此时问题(2)有一个极大解uλ且uλ关于λ是递增的;当λ<(λ)时,问题(2)在C2(Ω)∩C(Ω)中没有解。 定理4设函数k∈Cαloc(Ω)∩C(Ω)并且Ω中k(x)>0。如果γ≥1,那么对于一切的λ>0和p>0,问题(2)在C2(Ω)∩C(Ω)中没有解存在。 最后,本文利用上下解原理考虑了比问题(2)更一般的椭圆问题{-△u+k(x)f(u)=λup, x∈Ω,u>0, x∈Ω, (3)u=0, x∈()Ω,其中,Ω c RN(N≥1)是有界区域并且具有C2+α边界()Ω,λ和p是两个非负常数,k是定义在Ω上的非负函数,f是定义在(0,+∞)上的非负的、非增的函数。 主要结果如下: 定理5设函数k∈Cαloc(Ω)∩C(Ω)并且k(x)≥0且k≠0,0<p<1。假设函数f∈Cαloc(0,∞)且满足(f1)∫10f(s)ds<+∞,(f2)∫10(∫t0f(s)ds)-1/2dt<+∞,则存在一个常数λ∈(0,∞),使得当λ>(λ)时,问题(3)至少有一个解uλ∈C2+α(Ω)∩C(Ω)且f(uλ)∈L1(Ω),此时问题(3)有一个极大解vλ且vλ关于λ是递增的;当λ<(λ)时,问题(3)在C2(Ω)∩C(Ω)中没有解。 定理6设函数k∈Cαloc(Ω)∩C(Ω)并且在Ω中k(x)≥0.假设函数f∈Cαloc(0,∞)且满足(f3)∫10f(s)ds=+∞,则对一切的λ>0和p>0,问题(3)在C2(Ω)∩C(Ω)中没有解存在。
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