郝興文
(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)
考慮下列退化拋物-雙曲型方程的柯西問題:
由于這個(gè)方程的應(yīng)用廣泛,大家對(duì)它的研究也由來已久。這個(gè)方程在某些方向上拋物退化,所以他的解顯示出雙曲方程的一些性質(zhì),解會(huì)出現(xiàn)間斷。Volpert-Hugjaev在文獻(xiàn)[8]中最先給出了方程(1)的BV 解的存在性,Chen-Karlsen在文獻(xiàn)[10]證明了解的唯一性。另外,Chen-Perthame在文獻(xiàn)[4]中得到了方程(1)中系數(shù)不顯含x,t形式的齊次方程動(dòng)力學(xué)解的存在唯一性,其它形式的解可以見文獻(xiàn)[5,6,7,9]等。對(duì)于系數(shù)不顯含x,t的方程,它的解在初始時(shí)刻具有連續(xù)性,從而說明初始層不會(huì)出現(xiàn),參見文獻(xiàn)[4],特別是對(duì)于完全退化的情形—雙曲型方程,這個(gè)性質(zhì)在文獻(xiàn)[11]中應(yīng)用雙變量方法給予了證明。對(duì)于一般形式的方程(1),解的這個(gè)性質(zhì)是否成立沒有結(jié)果。本文將主要證明方程(1)-(2)的解具有這個(gè)性質(zhì)。首先引入本文中要用到的一些記號(hào)和方程(1)-(2)的解的定義。記
對(duì)任意的非負(fù)φ∈C(R),令
記R2上的動(dòng)力學(xué)函數(shù)[4]為
問題(1)-(2)的動(dòng)力學(xué)解定義為
定義1 一個(gè)可測(cè)函數(shù)u∈L∞([0,T]),L1(Rn+1))是方程(1)的動(dòng)力學(xué)解,如果u滿足
(ii)對(duì)任意兩個(gè)非負(fù)函數(shù)φ1,φ2∈C(R),下式成立
(iii)對(duì)某個(gè)非負(fù)測(cè)度m,下式在D′([0,T)×Rn)中成立
其中,測(cè)度n由下式給出
本文的主要結(jié)果是
定理1 如果初值u0(x)∈L1(Rn)∩L∞(Rn),u 是(1)—(2)的動(dòng)力學(xué)解,則當(dāng)t→0時(shí),有‖u(·,t)-u0(·)‖L1(Rn)→0。
首先引入一個(gè)引理,設(shè)函數(shù)g(ξ)滿足
下列引理成立:
引理1 設(shè)函數(shù)g(ξ)滿足上面的條件,如果存在數(shù)u和非負(fù)可測(cè)函數(shù)~m(ξ)∈C0(R)滿足
該引理的證明可參見文獻(xiàn)[12],細(xì)節(jié)省略。
令Ri→+∞后,利用m 和n 的非負(fù)性,得
所以
首先,對(duì)任意的E∈Rn,且m(E)<+∞,則
所以,0≤sngξ·Χ(ξ,x)≤1,且sngξ·Χ(ξ,x)=|Χ(ξ,x)|。
另一方面,
令τ→0,得到,
特別地,對(duì)任意的τ>0,選取實(shí)驗(yàn)函數(shù)ω(ξ,t,x)=φ(ξ,x)ψ(t),其中,
在分布意義下,
在上面引理的基礎(chǔ)上,給出定理1的證明
由極限的唯一性可知
在(4)中,令τ→0,可得
由σ的凸性及u(t,x)弱收斂到u0(x),表明該收斂是強(qiáng)收斂,從而定理1成立。
[1]Juan L V.The porous medium equation:mathematical theory[M].London:Oxford university press,2006.
[2]Bustos M C,Concha F,Bürger R,et al.Sedimentation and Thicking:Phenomenological Foundation and Mathematical Theory[M].Dordrecht Netherlands:Kluwer Academic Publishers,1999.
[3]Antonelli F,Barucci E,Mancino M E.A comparison result for FBSDE with applications to decisions theory[J].Math Meth Oper Res,2001,(54):407-423.
[4]Chen G Q,Perthame B.Well-posedness for non-isotropic degenerate parabolic-hyperbolic equation[J].Analyse nonlineaire,2003,(20):645-668.
[5]Carrillo J.Entropy solutions for nonlinear degenerate problems[J].Arch Rational Mech Anal,1999,(147):269-361.
[6]Bendahmane M,Karlsen K H.Renormalized entropy solutions for quasilinear anisotropic degenerate parabolic equations[J].SIAM J Math Anal,2004,(36):405-422.
[7]Perthame B,Souganidis P E.Dissipative and Entropy Solutions to Non-Isotropic Degenerate Parabolic Balance Laws[J].Arch Rational Mech Anal,2003,170(4):359-370.
[8]Volpert A I,Hugjaev S I.Cauchy’s problem for degenerate second order quasilinear parabolic equation[J].Transl Math USSR Sb,1969,(7):365-387.
[9]Wu Z,Zhao J,Yin J,et al.Nonlinear diffusion equation[M].Chennai:World Scientific publishing,2001.
[10]Chen G-Q,Karlsen K.Quasilinear anisotropic degenerate parabolic equations with time-space dependent diffusion coefficients[J].Commun Pure Appl Anal,2005,4(2):241-266.
[11]Eymard R,Gallout T,Herbin R.Existence and uniqueness of the entropy solution to nonlinear hyperbolic equation[J].Chin Ann Math,1995,(16):1-14.
[12]Perthame B.Kinetic formulation of conservation laws[M].Oxford university press,2002.