具有奇异积分项的Boussinesq方程的Cauchy问题

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本文分五章:第一章为引言;第二章研究一类具有奇异积分项的Boussinesq方程的Cauchy问题的局部解的存在惟一性;第三章通过积分估计证明第二章所述问题的整体解的存在惟一性;第四章用凸性原理讨论第二章所述问题的解的爆破;第五章在小初值的条件下通过Hilbert变换得出一些振荡积分的估计,利用这些估计得到解的衰减性质,从而证明了解的整体存在性,这是一些新的结果.具体情况如下:在第二章中,我们研究如下一类具有奇异积分项的Boussinesq方程的Cauchy问题utt+αuxxxx-βH(uxxx)-γuxx=f(u)xx,(0.1)u(x,0)=()(x),ut(x,0)=ψ(x)(0.2)的局部解的存在惟一性,其中u(x,t)为未知函数,α>0,β≥0,γ>0为常数,H为Hilbert算子,定义为H(u(x)=limδ→0+1/π∫|x-y|≥δu(y)/x-ydy=1/πP.V.∫∞-∞u(y)/x-ydy,f(s)为给定的非线性函数,()(x)和ψ(x)为已知的初始函数,下标t,x分别表示对t,x求偏导数. 为此,我们先研究对应线性方程的Cauchy问题utt+αuxxxx-βH(uxxx)-γuxx=g(x,t)(0.3)u(x,0)=()(x),ut(x,0)=ψ(x)(0.4)在证明了(0.3),(0.4)的解的存在惟一性后,利用压缩映射原理,得到非线性问题局部解的存在惟一性,其主要结果如下定理1假设s≥1/2,()∈Hs,ψ∈Hs-2,且f∈C[s]+1(R),则问题(0.1),(0.2)有惟一的局部解u∈C([0,T0),Hs)∩C1([0,T0),Hs-2),其中[0,T0)是解的最大存在区间.进一步,若limsupt↑T0[‖u(t)‖Hs+‖ut‖Hs-2]<∞,(0.5)则T0=∞,即解u∈C([0,T],Hs)∩C1([0,T],Hs-2)是整体解. 第三章通过守恒律得到一些积分估计,然后再证明问题(0.1),(0.2)的整体解的存在惟一性,主要结果如下定理2假设S≥1/2,()∈Hs,ψ∈Hs-2,且f∈C[s]+1(R).设T>0是问题(0.1),(0.2)的解的最大存在时间,则T<∞的充要条件是limsupt↑T‖u(t)‖L∞=∞.(0.6)定理3假设s≥1,()∈Hs,ψ∈Hs-2∩H-1,F(())∈L1,f(u)∈C[s]+1(R),且F(u)≥0或f′(u)是下有界的,即存在常数A0,使得对u∈R有f′(u)≥A0.则问题(1.1),(1.2)存在唯一的整体解u∈C([0,∞),Hs)∩C1([0,∞),Hs-2). 第四章中用凸性引理得到了问题(0.1),(0.2)解在有限时刻爆破的充分条件,主要结果如下定理4假设f(u)∈C(R),F(u)=∫u0f(s)ds,()∈H1,ψ∈H-1且F(())∈L1,存在常数k>0使得对任意的u∈R有f(u)u≤2(2K+1)F(u)+2Kγu2.(0.7) 若初值满足下列条件之一:(1)E(0)<0,(2)E(0)=0,(|ξ|-1(),|ξ|-1ψ)>0,(3)E(0)>0,(|ξ|-1(),|ξ|-1ψ)>√E(0)‖()‖(H)-1,则Cauchy问题(1.1),(1.2)的广义解u(x,t)在有限时间内发生Blow-up. 第五章讨论了在小初值的条件下问题(1.1),(1.2)的整体解的存在性,我们首先研究线性问题utt+αuxxx-βH(uxxx)一γuxx=g(x,t)xx(0.8)u(x,0)=()(x),ut(x,0)=ψ(x)(0.9)得到解的一些估计式,然后利用压缩映射原理,得到(0.1),(0.2)的整体解的存在性,其主要结果如下定理5假定()∈H21∩L1,ψ∈H-21,g∈L2([0,T],H21∩L1),()T>0,则问题(0.8),(0.9)有唯一广义解u(x,t)∈C([0,T],H21)∩C1([0,T],L1),并且有:‖ut(·,t)‖∞+‖u(·,t)‖∞≤C10(1+t)-1/3(‖()‖H21+‖()‖1+‖ψ‖H-21+‖ψ‖1)+C11∫t0[(t-τ)-1/3+(t-τ)-1/2]‖g(·,τ)‖1dτ(0.10)‖u(·,t)‖H21+‖UT(·,t)‖L1≤C12(‖()‖H21+‖ψ‖L1+∫t0‖g(·,τ)‖H21dτ)(0.11)定理6假定α>4是一个正整数,f∈C2(R)满足当u→0时,|f(u)|=O(|u|α+1),则存在一个δ>0,使得对任何()∈H21∩L1,ψ∈H-21∩L1,当‖()‖H21+‖()‖1+‖ψ‖H-21+‖ψ‖1<δ(0.12)时,问题(0.1),(0.2)存在一个解u(x,t)∈C([0,∞),H21)∩C([0,∞),L1),且sup0≤t<∞[(1+t)1/3(‖u(·,t)‖∞+‖ut(·,t)‖∞)+‖u(·,t)‖H21+‖u(·,t)‖L1]≤Cδ(0.13)这里常数C仅依赖于f和(),ψ.
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