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本文分三章:第一章为引言;第二章研究一类具有非线性阻尼项和源项的非线性发展方程的Cauchy问题整体弱解的存在性和惟一性;第三章研究第二章所述问题解的爆破,并举出一个例子.
在第二章中我们研究如下一类非线性发展方程的Cauchy问题utt+k△2u+△2ut+f(ut)=g(u),(x,t)∈RN×(0,∞),(0.1)u(x,0)=u0(x),ut(x,0)=u1(x),x∈RN,k>0.(0.2)为此,我们先研究方程(0.1)的周期边界问题u|()Ω=0,u(x,t)=u(x+2Lei),x∈RN,t>0.(0.3)这里x+2Lei=(x1,…,xi-1,xi+2L,xi+1,…,xN),L>0是一实数.在证明问题(0.1)-(0.3)整体弱解的存在性之后,利用周期边界问题取极限的方法证明问题(0.1)-(0.2)整体弱解的存在性,并证明一维情况下整体广义解的存在惟一性.
主要结果如下:定理1假定(i)f∈C(R),f(s)s≥0,C1|s|α+1≤|f(s)|≤C2(|s|α+1+|s|α1),s∈R,这里α1=2(a+1)/a+2;(ii)g∈C(R),0≤g(s)s≤K1∫s0g(τ)dτ,C3|s|p+1≤|g(s)|≤C4(|s|p+1+|s|p1),s∈R,这里p1=2(p+1)/p+2,并且α≥p,α+2≤2N/N-4,Cj(j=1,…,7),K1,K2均为正常数;(iii)ψ∈H20,ψ∈L2.则对任意T>0,问题(0.1)-(0.3)存在弱解u∈L∞([0,T];H2)∩H1([0,T];H2).定理2假定定理1的(i),(ii)条件成立,并且
则对任意T>0,Cauchy问题(0.1)-(0.2)存在弱解u∈L∞([0,T];H2(RN))∩L∞([0,T];Lp+2(RN))∩H1([0,T];H2(RN)).特别地,如果N=1,有下面的定理.
定理3假定(i)f∈C2(R),f(s)≥0,C1|s|α+1≤|f(s)|≤C2(|s|α+1+|s|α1),|f(s)|≤C3(|s|α+|s|α1),s∈R,这里α1=2(a+1)/a+2,α≥max{p,4};(ii)g∈C2(R),0≤g(s)s≤K1∫s0g(τ)dτ,s∈R,C4|s|p+1≤|g(s)|≤C5(|s|P+1+|s|p1),s∈R,这里p1=2(p+1)/p+2;(iii)u0,u1∈H4(R).则对任意T>0,问题(0.1)-(0.2)(N=1)存在惟一广义解u∈H2([0,T];H4(R))∩W1,∞([0,T];H2(R))∩L∞([0,T];H4(R)).
第三章利用凸性方法证明问题(0.1)-(0.2)的解在有限时刻爆破.
主要结果如下:定理4假定(i)f∈C(R),0≤f(s)s≤C6|s|α+2,s∈R,0≤α<1;(ii)g∈C(R),|g(s)|≥C7|s|1+a/1-a,g(s)s≥K2∫s0g(τ)dτ>0,s∈R,这里K2>C6/C7+C6(α+1)+2;(iii)u0∈H2(RN),u1∈L2(RN),并且E(0)=‖u1‖L2(RN)+k‖△u0‖2L2(RN)-2∫RN∫u0g(s)dsdx.(0.4)则Cauchy问题(0.1)-(0.2)的任何弱解u(x,t)在下列条件之一成立时在有限时刻发生爆破.
(1)E(0)≤0;(2)E(0)>0,(u0,u1)>0,且存在σ>0,使得4σ2(u0,u1)2-4σ2E(0)‖u0‖2-‖u0‖4-2‖u0‖2‖△u0‖2-‖△u0‖4>4σE(0)‖△u0‖2.