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本文研究几类Schr(o)dinger型非线性偏微分方程和方程组初值问题在Sobolev空间中的适定性.这些方程和方程组皆来源于现代物理学的一些领域.全文共分四章.
在第一章,我们研究二维情形的经典非线性Schr(o)dinger方程iut+△u=|u|2mu(x∈R2,t∈R)的初值问题在Sobolev空间Hs(R2)中的整体适定性,其中m为正整数,且m≥2.我们应用高低频分解方法,证明了当10m-6/10m-5<s<1时,上述方程的初值问题在空间Hs(R2)中整体适定,且解可以分解为u(t)=eit△ψ+y(t),其中y∈C(R,H1(R2)),且‖y(t)‖H1≤(1+|t|)2(1-s)/(10m-5)s-(10m-6)+ε(ε为任意充分小的正数).
在第二章,我们研究各向同性的高阶非线性Schr(o)dinger方程.首先考虑四阶非线性Schr(o)dinger方程iut+λ△u+μ△2u+f(u)=0(x∈Rn,t∈R),其中λ和μ为实数,μ≠0,f(u)为满足条件A的非线性复值函数.这里条件A:f∈Cm(C,C),其中m为整数,m>n/2,且存在α>0使得|f(k)(u)|≤C|u|α+1-k,k=0,1,…,m.我们考虑了f满足条件A时该方程的初值问题在空间Hs(Rn)中的局部适定性,其中s≥max(0,n/2(1-8/nα)).然后用所得局部适定性结果和方程的守恒律,给出了L2解和H2解的整体存在性.特别地,我们证明了n=1,2,3以及k≥2时所对应的初值问题在空间C(R,Hk(Rn))∩C1(R,Hk-2(Rn))中存在唯一的古典解.
在此基础上,我们考虑了一般的高阶非线性Schr(o)dinger方程ut=iP(D)u+f(u)(x∈Rn,t∈R),其中P(D)为m阶的齐次椭圆算子.f(u)为非线性复值函数.当∑={ξ∈Rn||P(ξ)|=1}为凸曲面,f满足条件A时,我们建立了上述方程初值问题在空间Hs(Rn)中的局部适定性,其中s≥max(0,n/2(1-2m/nα)).
在第二章的最后,我们研究了带位势的高阶线性Schr(o)dinger方程ut=iP(D)u+V(x,t)u(x∈Rn,t∈R),其中P(D)为m阶的齐次椭圆算子,V(x,t)为实的势函数.当V(x,t)满足一定条件时,我们给出了该方程的初值问题在L2(Rn)和Hm(Rn)空间中的局部适定性.
在第三章,我们考虑两类各向异性的高阶非线性Schr(o)dinger方程.第一类是空间变量为二维的六阶方程iut+△u+aux1x1x1x1+bux1x1x1x1x1x1+|u|αu=0((x1,x2)∈R2,t∈R),其中a和b是不同时等于零的实数,α为正常数.我们的结论为:(1)当s≥max(0,1-α*/α)时,上述方程的初值问题在Hs(R2)空间中局部适定,其中,如果b≠0,则α*=3;如果b=0,但a≠0,则α*=8/3.(2)当α≥α*,s≥1-α*/α时,对于小初值,该方程的初值问题在Hs(R2)空间中几乎整体适定.(3)当α<α*时,该方程的初值问题在L2(R2)空间中整体适定.(4)当5b>3amax{a,0},α>3,s≥1-3/α或b=0,a<0α>8/3,s≥1-8/3α时,对于小初值,该方程的初值问题在Hs(R2)空间中整体适定.
研究的第二类方程是空间变量为高维的四阶方程iut+△u+|u|αu+a∑di=1uxixixi=0(x∈Rn,t∈R,1≤d<n),我们不仅证明了这个方程初值问题在空间Hs(Rn)中的适定性,其中s≥max(0,n/2(1-(2n-8d)α)),而且还给出了在各向异性的W2,12(Rn)空间中的适定性.
在最后一章,我们研究了下列耦合的非线性Schr(o)dinger方程组{iut+△u=a|u|αu+|v|αu,x∈R,t∈R,ivt+△v=|u|αv+a|v|αv,x∈R,t∈R,证明了上述方程组初值问题在空间Hs(R)×Hs(R)中的局部适定性,其中s≥max(0,α-4/2α),在此基础上,我们证明了a≥-1,α=2时在H1(R)×H1(R)空间中的整体适定性。