关于非线性波方程经典解的长时间适定性研究

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本文中,我们考虑n维拟线性波动方程的柯西问题(?)和下述初边值问题(?)的光滑小值解的长时间适定性。这里n=2,3,(?)和(?)分别代表时空导数和达朗贝尔算子,O=Rn\K,K是一个带有光滑边界的紧致凸的障碍物,v是(?)上的单位外法向量和ε>0是一个小参数。通篇文章中我们用爱因斯坦求和约定,也就是,重复的希腊字母α,β,γ,…指的是从0到n求和。由于我们考虑问题(0.0.1)和(0.0.2)的光滑解,因此假设Qαβ(?),S((?)u)和初始值(f,g)分别在其定义域中是光滑的。另外,对任意α,β=0,1,…,n,Qαβ((?)u)满足对称条件Qαβ((?)u)=Qβα((?)u)。再者,我们假设对任意α,β=0,1,…,n,Qαβ(0)=S(0)=S’(0)=0且在(?)u=0附近,他们分别有如下泰勒展式:(?)和(?)这里N0αβ=N0βα,N1αβγ=N1βαγ,N2αβμυ=N2βαμυ和N3αβγ=N3βαγ都是常数。我们引入下述记号:N0(ω):= N0αβωαωβ,N1(ω):= N1αβγωαωβωγ,N2(ω):=N2αβμυωαωβωμωυ,N3(ω):=N3αβγωαωβωγ,其中 ω=(ω0,,ωn),ω0=-1,ωi=xi/|x|,i=1,2,…,n。我们称方程(0.0.1)或(0.0.2)的二次项满足零条件,如果(0.0.3)和(0.0.4)中系数满足Ni(ω)≡ 0,i=0,1.(0.0.5)我们称方程(0.0.1)或(0.0.2)的三次项满足零条件,如果(0.0.3)和(0.0.4)中系数满足Ni(ω)≡ 0,i=2,3.(0.0.6)本文的主要结果可以简述如下:在第二章中,我们致力于寻找[3]的另一种证明方法。在那里,(0.0.1)中没有半线性项S((?)u)(对于带S((?)u)的情形,可参见文献[14])。在文献[3]和其他相关的2维工作中,“鬼权”技巧是一个关键组成成分。然而在本章节,我们不用“鬼权”技巧而是通过建立穿过外向光锥的通量估计,也证明了如果零条件(0.0.5)和(0.0.6)均成立,2维柯西问题(0.0.1)的光滑小值解是全局存在的;如果仅有零条件(0.0.5)成立,2维柯西问题(0.0.1)的光滑小值解是几乎全局存在的。文献[3]以及第二章中的证明都依赖于初始值支集的紧性。当去除紧性性质后,在文献[17]中,作者们考虑了非线性项仅依赖于未知函数导数的2维非线性波方程柯西问题,并且证明了如果二次和三次非线性项都满足零条件,这类问题光滑小值解全局存在。如果在这种情形下仅有二次非线性项满足零条件,我们在第三章中给出了这类问题光滑小值解几乎全局存在性的证明。为了证明这个结果,我们将建立非线性波方程光滑解L∞-L∞范数的衰减估计,而不是通常的L∞-L2衰减估计。此外,在3维情形下,当仅有二次非线性项满足零条件时,我们也给出了这类问题光滑小值解全局存在的一种简单证明。在第四章中,我们集中考虑3维带有诺依曼边界条件的外区域混合问题(0.0.2)。我们证明了当零条件(0.0.5)不成立时,混合问题(0.0.2)的经典解几乎全局存在。对比狄利克雷问题[22]和[35]以及诺依曼问题[29],我们必须克服一些本质困难。在文献[22]和[35]中,由L2能量估计产生的边界项提供了好的符号,这对封闭能量估计是很有裨益的。然而,这在诺依曼问题(0.0.2)中是不会出现这类好符号的。在文献[29]中,由于零条件(0.0.5)成立,那么非线性项往往有更好的衰减。作为可接受的代价,那是必须估计Lm(?)u(m≥2)的L2范数,这里(?)在本章节,为了封闭能量估计,我们必须用迹定理处理边界项以及强惠更斯原理。最后我们发现这个想法用最多一个伸缩算子L就可以实现。
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