一类具阻尼非线性波动方程的初值问题

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本文研究下列非线性波动方程的初值问题utt-Δutt-Δu-Δut=f(u)-Δg(u),x∈Rn,t>0,(1)u(x,0)=u0(x),ut(x,0)=u1(x),x∈Rn,(2)和方程utt-Δutt-Δu-Δut=Δf(u),(3)u(x,0)=u0(x),ut(x,0)=u1(x).(4)的小初值问题.其中u(x,t)表示未知函数,f(s),g(s)是已经给定的非线性函数,u0(x)和u1(x)为定义在Rn上的已知初始函数,下标x和t分别表示对x和t的偏导数,Δ表示Rn中Laplace算子.  本文分四章:第一章为引言.第二章研究初值问题(1)(2)在W2,p(Rn)∩L∞(Rn)中局部广义解的存在性和唯一性,并给出解的延拓定理,通过积分估计得到在W2,p(Rn)∩L∞(Rn)中整体解的存在性和唯一性.第三章研究初值问题(1)(2)在Hs(Rn)中局部广义解的存在性与唯一性,并得到解的延拓定理,通过积分估计得到在Hs(Rn)中整体解的存在唯一性.第四章研究小初值问题(3)(4)整体解的衰减性质.主要结果如下:  定理1若u0,u1∈W2,p(Rn)∩L∞(Rn),f(s),g(s)∈C3(R)和f(0)=0,则问题(1),(2)有唯一局部广义解u(x,t)∈C3([0,T0);W2,p(Rn)∩L∞(Rn)),其中[0,T0)为解的最大存在区间.若sup0≤t<T0(‖u‖2,p+‖ut‖2,p+‖u‖∞+‖ut‖∞)<∞则T0=∞.  定理2若u0,u1∈W2,p(Rn)∩L∞(Rn),f(s),g(s)∈C3(R),f(0)=g(0)=0且对于任意s∈R,g(s)≤A0,|f(s)-g(s)|≤A0,则问题(1),(2)有唯一广义解u(x,t)∈C3([0,∞];W2,p(Rn)∩L∞(Rn)).  定理3设s>n/2和v0,v1∈Hs,f,g∈C[s]+1且f(0)=g(0)=0时,则初值问题(1),(2)存在唯一局部广义解v(x,t)∈C2([0,T0);Hs),其中[0,T0)为解的最大存在时间区间.若sup0≤t<T0(‖v‖Hs+‖vt‖Hs)<∞则T0=∞.  定理4假定v0,v1∈Hs(s>n/2),f,g∈C[s]+1(R),f(0)=g(0)=0且对于任意s∈R,g(s)≤A1,|f(s)-g(s)|≤A1,则问题(1),(2)存在唯一整体广义解v(x,t)∈C2([0,∞);Hs).  定理5令q,γ,s为正数且q∈[1,2],γ≥0,n/q+n/2-1≤k,α≥2,则存在一个正数δ,使得对任何u0∈(H)-2γq,u1∈(H)-2γ-1q满足‖u0‖(H)-2γq+‖u1‖(H)-2γ+1q≤δ,问题(3),(4)有唯一整体解u∈C([0,∞);Hs)且sup0≤t<∞[(1+t)n2q‖u(·,t)‖L∞+(1+t)n/2(1/q-1/2)‖u(·,t)‖L2]≤ρ.其中非常小的正数ρ仅依赖于f和δ.
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