MMHOBPHAYKM POCC1111
<DE,II:EPAJibHOE rOCY,n:APCTBEHHOE BI0,11,)KETHOE OBPA30BATEJibHOE yqpE)K,II:EHllE
BbICIIIErO OBPA30BAHll5I
«BOPOHE)KCKHH rOGY,LI;APCTBEHHhIH YHHBEPCHTET»
(fl>rBOY BO «BrY»)
N1aTeMaTH~eCKHMcPaKynhTeT
Kacl>e.n;pa anre6phI w Torronorw~ecKHX MeTo,n;oB aHanH3a
MccJie,ll;oBaHMe pa3pernMMOCTM HaqaJihHO-KpaeBott sa,z::i;aqM ,IJ;JI5I
Mo,r:i;eJIM OcKOJIKOBa-IlaBJIOBCKoro
NlarHCTepcKaR,D;liCCepTa~HR
HarrpaBnemre 01.04.01 NlaTeMan1Ka
Tipo<l>1rnh -
3aB .Kacl>e.n;pow
CTy,n;eHT
PyKOBO,D;HTenb
N1aTeMaTw~ecKoe Mo,n;enwpoBaHwe
~
{!/A ~
.n;. cPH3.-MaT. H., rrpo<l>.
B.r. 3BRrHH
i_J___. 06 .2019r.
A.C. YcTIO)l<:aHHHOBa
-~
K.
cPR3.-MaT. H. , .n;o~.
BopoHe)K 2019
NI.B. Typ6RH
Ñîäåðæàíèå
1 Ââåäåíèå
3
2 Ïîñòàíîâêà ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è
7
3 Ïîíÿòèå ñëàáîãî ðåøåíèÿ íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è (1)(4)
9
4 Îïåðàòîðíàÿ òðàêòîâêà çàäà÷è
12
5 Àïïðîêñèìàöèîííàÿ çàäà÷à
13
6 Ñâîéñòâà îïåðàòîðîâ
14
7 Àïðèîðíûå îöåíêè
36
8 Òåîðåìà ñóùåñòâîâàíèÿ ðåøåíèÿ àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è 41
9 Ïðåäåëüíûé ïåðåõîä
43
10 Çàêëþ÷åíèå
47
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
49
2
1
Ââåäåíèå
 îêðóæàþùåì íàñ ìèðå ïîâñåìåñòíî íàáëþäàåòñÿ äâèæåíèå ðàçíîîáðàç-
íûõ æèäêîñòåé è ñðåä, âî ìíîãîì áëèçêèõ ê æèäêîñòÿì: ãàçîâ, ãåëåé, çîëåé è
äðóãèõ (â êà÷åñòâå êîíêðåòíûõ ïðèìåðîâ ïîäîáíûõ ñðåä ìîæíî ïåðå÷èñëèòü
òàêèå ñðåäû êàê êðîâü, ïîëèìåðû è ðàçëè÷íûå èõ ðàñòâîðû è ðàñïëàâû, áèòóìû, òåñòî, çåìíàÿ êîðà, áåòîí). Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ýòîãî äâèæåíèÿ
ÿâëÿåòñÿ èíòåðåñíîé è òðóäíîé çàäà÷åé. Óæå ïðè èññëåäîâàíèè ñàìûõ ïðîñòûõ óðàâíåíèé äâèæåíèÿ æèäêîñòåé è ñðåä, áëèçêèõ ê æèäêîñòÿì, âîçíèêëî
ìíîæåñòâî íåðåøåííûõ äî íàñòîÿùåãî ìîìåíòà ìàòåìàòè÷åñêèõ ïðîáëåì.
Èñòîðè÷åñêè ïåðâîé íàó÷íîé ðàáîòîé â ýòîì íàïðàâëåíèè, ïî âñåé âèäèìîñòè, ÿâëÿåòñÿ òðàêòàò Àðõèìåäà "Î ïëàâàþùèõ òåëàõ" , â êîòîðîì âïåðâûå
ââîäèòñÿ ïîíÿòèå äàâëåíèÿ êàê îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêè âçàèìîäåéñòâèÿ ÷àñòèö æèäêîñòè è èñïîëüçóåòñÿ ïðåäïîëîæåíèå î íåñæèìàåìîñòè æèäêîñòè. Íà
îñíîâå ýòèõ äâóõ ìåõàíèñòè÷åñêèõ ïðåäïîñûëîê íà÷àëà ðàçâèâàòüñÿ ãèäðîñòàòèêà, äëÿ ðàçâèòèÿ êîòîðîé áûë èñïîëüçîâàí ñóùåñòâîâàâøèé íà òîò ìîìåíò
ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò ãåîìåòðèè Åâêëèäà. Ñîáñòâåííî ñîçäàíèå ãèäðîäèíàìèêè (íàóêè î äâèæåíèè æèäêîñòè) ñâÿçàíî ñ èìåíàìè Ãàëèëåî Ãàëèëåÿ,
Õðèñòèàíà Ãþéãåíñà, Áëåçà Ïàñêàëÿ è Èñààêà Íüþòîíà è áûëî îáóñëîâëåíî
ñîçäàíèåì îñíîâ äèôôåðåíöèàëüíîãî è èíòåãðàëüíîãî èñ÷èñëåíèÿ. Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ãèäðîäèíàìèêè ñâÿçàíî ñ èìåíàìè Ëåîíàðäà Ýéëåðà, Äàíèèëà
Áåðíóëëè, Æîçå Ëóè Ëàãðàíæà, Ñèìåîíà Äåíè Ïóàññîíà, Ëþäâèãà Ïðàíäòëÿ, Îãþñòà Ëóè Êîøè, Àíðè Íàâüå, Äæîðäæà Ñòîêñà, Àäàìàðäà Æàíà Êëîäà
Áàðå äå Ñåí-Âåíàíà, Æàíà Ëóè Ìàðè Ïóàçåéëÿ, Îñáîðíà Ðåéíîëüäñà è ìíîãèõ äðóãèõ. Èìåííî ýòèìè ó÷åíûìè áûë ñóùåñòâåííî ðàçâèò ñóùåñòâîâàâøèé
íà òîò ìîìåíò ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò è áûëà ñîáñòâåííî ñîçäàíà êëàññè÷åñêàÿ ãèäðîäèíàìèêà. Äëÿ òîãî ÷òîáû õàðàêòåðèçîâàòü ôèçè÷åñêîå ïîâåäåíèå
æèäêîñòè èìè áûëè ïîëó÷åíû ðàçëè÷íûå ñèñòåìû äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâ3
íåíèé, êîòîðûì äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü ñêîðîñòü, äàâëåíèå è ïëîòíîñòü æèäêîñòè êàê ôóíêöèè îò âðåìåíè è êîîðäèíàò òî÷êè ïðîñòðàíñòâà.
Îáúåêòîì èçó÷åíèÿ êëàññè÷åñêîé ãèäðîäèíàìèêè ÿâëÿþòñÿ èäåàëüíûå
æèäêîñòè (æèäêîñòè, ó êîòîðûõ îòñóòñòâóþò ñäâèãîâûå íàïðÿæåíèÿ) è íüþòîíîâñêèå æèäêîñòè (ó êîòîðûõ ñäâèãîâûå íàïðÿæåíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíû
ñêîðîñòè äåôîðìàöèè). Ñèñòåìà óðàâíåíèé, îïèñûâàþùèõ äâèæåíèå èäåàëüíîé æèäêîñòè, íàçûâàåòñÿ ñèñòåìîé óðàâíåíèé Ýéëåðà, à ñèñòåìà óðàâíåíèé, îïèñûâàþùàÿ äâèæåíèå íüþòîíîâñêîé æèäêîñòè, íîñèò íàçâàíèå ñèñòåìû óðàâíåíèé Íàâüå-Ñòîêñà. Äëÿ äàííûõ ñèñòåì óðàâíåíèé ðàçëè÷íûå
íà÷àëüíûå, êðàåâûå è íà÷àëüíî-êðàåâûå çàäà÷è èññëåäîâàëèñü áîëüøèì êîëè÷åñòâîì àâòîðîâ. Ñàìûìè èçâåñòíûìè ðàáîòàìè ïî äàííîé òåìàòèêå ÿâëÿþòñÿ ðàáîòû Æ. Ëåðå, Î.À. Ëàäûæåíñêîé è Ð. Òåìàìà. Òåì íå ìåíåå, âîò
óæå íà ïðîòÿæåíèè îêîëî ñòà ëåò, îñíîâíîé âîïðîñ: ïðîáëåìà ñóùåñòâîâàíèÿ ãëîáàëüíîãî ïî âðåìåíè ãëàäêîãî ðåøåíèÿ íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è äëÿ
ñèñòåìû óðàâíåíèé Íàâüå-Ñòîêñà ïðè ãëàäêèõ íà÷àëüíûõ äàííûõ îñòàåòñÿ
îòêðûòûì. Ïîêà ñóùåñòâîâàíèå òàêîãî ðåøåíèÿ äîêàçàíî òîëüêî äëÿ ñëó÷àÿ
ïëîñêîïàðàëëåëüíûõ òå÷åíèé.  òðåõìåðíîì ñëó÷àå äëÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé
Íàâüå-Ñòîêñà äîêàçàíî ñóùåñòâîâàíèå ðåøåíèÿ ïðè ìàëûõ äàííûõ çàäà÷è.
Îäíèì èç âîçìîæíûõ âûõîäîâ èç ñëîæèâøåéñÿ ñèòóàöèè ñòàëî ïðèìåíåíèå îáîáùåííîé ïîñòàíîâêè íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è ñ èñïîëüçîâàíèåì íåêîòîðîãî ðàâåíñòâà ôóíêöèîíàëîâ. Ðåøåíèÿ òàêîé çàäà÷è íàçûâàþò ñëàáûìè
ðåøåíèÿìè, è ëþáîå îáû÷íîå ðåøåíèå âñåãäà ÿâëÿåòñÿ è ñëàáûì. Äëÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé Íàâüå-Ñòîêñà äîêàçàíî ãëîáàëüíîå ïî âðåìåíè ñóùåñòâîâàíèå
ñëàáîãî ðåøåíèÿ íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è. Îäíàêî ïðîáëåìà åäèíñòâåííîñòè
ýòîãî ðåøåíèÿ îñòàåòñÿ îòêðûòîé.
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, äàâíî áûëî çàìå÷åíî, ÷òî ìíîãèå ðåàëüíûå ñðåäû, òàêèå êàê áèòóìû, ïîëèìåðû, ðàçëè÷íûå ïîëèìåðíûå ðàñòâîðû è ðàñïëàâû,
4
ýìóëüñèè è ñóñïåíçèè, êðîâü è ìíîãèå äðóãèå íå îïèñûâàþòñÿ ìîäåëÿìè êëàññè÷åñêîé (íüþòîíîâñêîé) ãèäðîäèíàìèêè, õîòÿ ïî ìíîãèì ïðèçíàêàì áëèçêè ê
æèäêîñòÿì. Òàêèå îáúåêòû ïîëó÷èëè íàçâàíèå "íåíüþòîíîâñêèå æèäêîñòè".
"Íåíüþòîíîâñêèìè"ÿâëÿþòñÿ, íàïðèìåð, æèäêîñòè, â êîòîðûõ ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ äâèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íå îáðàùàþòñÿ ìãíîâåííî â íóëü, à ñïàäàþò
ïî íåêîòîðîìó çàêîíó, òî åñòü èìååò ìåñòî ðåëàêñàöèÿ íàïðÿæåíèé. À òàêæå
æèäêîñòè, â êîòîðûõ ïîñëå ñíÿòèÿ íàïðÿæåíèé äâèæåíèå íå ïðåêðàùàåòñÿ
ìãíîâåííî, à çàòóõàåò ïî íåêîòîðîìó çàêîíó, òî åñòü èìååò ìåñòî çàïàçäûâàíèå äåôîðìàöèé. È òàêæå òå æèäêîñòè, â êîòîðûõ èìåþò ìåñòî îáà ýòèõ
ýôôåêòà. Âïåðâûå ïîäîáíûå ìîäåëè æèäêîñòåé áûëè ïðåäëîæåíû â XIX âåêå
â ðàáîòàõ Äæ. Ìàêñâåëëà, Êåëüâèíà è Ôîéãòà è áûëè ðàçâèòû â ñåðåäèíå
XX âåêà â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè áëàãîäàðÿ ðàáîòàì Äæ. Ã. Îëäðîéòà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ óæå èìååòñÿ áîëüøîå ÷èñëî ìîäåëåé, îïèñûâàþùèõ ðàçíûå
êëàññû òàêèõ ñðåä. Ê íåñîìíåííûì äîñòîèíñòâàì äàííûõ ìîäåëåé ñëåäóåò
îòíåñòè òîò ôàêò, ÷òî îíè ó÷èòûâàþò ïðåäûñòîðèþ òå÷åíèÿ æèäêîñòè, ÷òî
ïîçâîëÿåò èì áûòü áîëåå òî÷íûìè, ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîäåëÿìè êëàññè÷åñêîé
ãèäðîäèíàìèêè.
Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî çàäà÷è èññëåäîâàíèÿ äàííûõ ìîäåëåé èìåþò áîëüøîå
êîëè÷åñòâî ïðèëîæåíèé â ìåõàíèêå, ìåäèöèíå, ïîëèìåðíîé ïðîìûøëåííîñòè,
â àýðîäèíàìèêå è àñòðîôèçèêå è ìíîãèõ äðóãèõ. Ñóììèðóÿ âûøåñêàçàííîå,
ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî èññëåäîâàíèå çàäà÷ ìàòåìàòè÷åñêîé ãèäðîäèíàìèêè èìååò áîëüøóþ íàó÷íóþ çíà÷èìîñòü (êàê òåîðåòè÷åñêóþ, òàê è ïðàêòè÷åñêóþ),
íåñîìíåííî íîñèò àêòóàëüíûé õàðàêòåð è èìååò áîëüøîå ÷èñëî ïðèëîæåíèé.
 ðàáîòå áûëà èññëåäîâàíà ðàçðåøèìîñòü íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è äëÿ ìîäåëè Îñêîëêîâà-Ïàâëîâñêîãî. Äîêàçàòåëüñòâî îñíîâàíî íà
àïïðîêñèìàöèîííî-òîïîëîãè÷åñêîì ïîäõîäå ê çàäà÷àì ìàòåìàòè÷åñêîé ãèäðîäèíàìèêè, ïðåäëîæåííûì Â.Ã. Çâÿãèíûì è ðàçâèòîì â ðàáîòàõ Â.Ã. Çâÿãèíà
5
è åãî ó÷åíèêîâ (ñì., íàïðèìåð, [10]). Íà ïåðâîì øàãå îïåðàòîðíîå óðàâíåíèå,
ýêâèâàëåíòíîå ñëàáîé ïîñòàíîâêå çàäà÷è, àïïðîêñèìèðóåòñÿ äðóãèì îïåðàòîðíûì óðàâíåíèåì ñ ¾õîðîøèìè¿ ñâîéñòâàìè è äîêàçûâàåòñÿ ðàçðåøèìîñòü
ýòîãî óðàâíåíèÿ. Íà âòîðîì øàãå äåëàåòñÿ ïðåäåëüíûé ïåðåõîä, òî åñòü ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðåøåíèé ìîæíî èçâëå÷ü ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòü, ñëàáî ñõîäÿùóþñÿ ê ðåøåíèþ èñõîäíîé çàäà÷è ïðè ñòðåìëåíèè
ïàðàìåòðà àïïðîêñèìàöèè ê íóëþ.
6
2
Ïîñòàíîâêà ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è
 îãðàíè÷åííîé îáëàñòè Ω ⊂ Rn (n = 2, 3) ñ ãðàíèöåé ∂Ω êëàññà C 3 íà
ïðîìåæóòêå âðåìåíè [0; T ], 0 < T < ∞ ðàññìàòðèâàåòñÿ ñëåäóþùàÿ ñèñòåìà
óðàâíåíèé:
n
n
X ∂v
X ∂∆v
∂∆v
∂v
vk
− ν∆v +
vi
−κ
−κ
+ ∇p = f ;
∂t
∂x
∂t
∂x
i
k
i=1
(1)
div v = 0.
(2)
k=1
Äàííàÿ ñèñòåìà óðàâíåíèé âïåðâûå áûëà ââåäåíà â ðàññìîòðåíèå Â. À. Ïàâëîâñêèì [1]. Ñèñòåìà (1)(2) ïîäòâåðæäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè ðàñòâîðîâ ïîëèýòèëåíîêñèäà, ïîëèàêðèëàìèäà è ãóàðîâîé ñìîëû [2],
[3]. Îäíîâðåìåííî ñ ýòèì âàæíî îòìåòèòü, ÷òî äàííàÿ ñèñòåìà óðàâíåíèé íåçàâèñèìûì îáðàçîì áûëà ïîëó÷åíà êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé ìîäåëè äâèæåíèÿ æèäêîñòè âòîðîãî ïîðÿäêà (íàïðèìåð, [4], [5]).
Äëÿ ñèñòåìû (1),(2) ðàññìîòðèì íà÷àëüíî-êðàåâóþ çàäà÷ó ñ íà÷àëüíûì
óñëîâèåì
v|t=0 = a(x),
x ∈ Ω,
(3)
è ãðàíè÷íûì óñëîâèåì
v|∂Ω×[0,T ] = 0.
(4)
Çàäà÷à (1)(4) âïåðâûå áûëà ðàññìîòðåíà À. Ï. Îñêîëêîâûì â ðàáîòàõ
[6], [7].  ðàáîòå [8] èì áûëî çàìå÷åíî, ÷òî äîêàçàòåëüñòâî â [6], [7] ñîäåðæàò ïðîáåëû è ÷òî â îãðàíè÷åííîé îáëàñòè Ω åìó ìåòîäîì Ãàëåðêèíà-Ôàýäî
íå óäàëîñü äîêàçàòü òåîðåìû ñóùåñòâîâàíèÿ äàæå ñëàáûõ ðåøåíèé äëÿ äàííîé íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è. Î. À. Ëàäûæåíñêàÿ â ñâîåé ðàáîòå [9] îòìå÷àåò,
÷òî ìåòîä ââåäåíèÿ âñïîìîãàòåëüíîé âÿçêîñòè, èñïîëüçîâàííûé À. Ï. Îñêîëêîâûì äëÿ èçó÷åíèÿ ýòîé íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è â óæå óïîìÿíóòûõ ðàáîòàõ [6], [7], ÿâëÿåòñÿ îøèáî÷íûì, è âîïðîñ î ñóùåñòâîâàíèè ðåøåíèé çàäà÷è
7
(1)(4) îñòàâàëñÿ îòêðûòûì.
 äàííîé ðàáîòå äîêàçàòåëüñòâî ïðîâîäèòñÿ íà îñíîâå àïïðîêñèìàöèîííîòîïîëîãè÷åñêîãî ïîäõîäà ê èññëåäîâàíèþ çàäà÷ ãèäðîäèíàìèêè, ïðåäëîæåííîãî Â.Ã. Çâÿãèíûì è ðàçâèòîãî â åãî ðàáîòàõ è ðàáîòàõ åãî ó÷åíèêîâ (ñì,
íàïðèìåð, [10], [11], [12], à òàêæå ðàáîòû ïî ìîäåëÿì áëèçêèì ê èññëåäóåìîé,
[13], [14]). À èìåííî, ðàññìàòðèâàåòñÿ îïåðàòîðíàÿ òðàêòîâêà çàäà÷è î ñëàáûõ
ðåøåíèÿõ â ïîäõîäÿùèõ ôóíêöèîíàëüíûõ ïðîñòðàíñòâàõ. Çàòåì ðàññìàòðèâàåòñÿ îïåðàòîðíîå óðàâíåíèå, àïïðîêñèìèðóþùåå èñõîäíîå, êîòîðîå ïîëó÷àåòñÿ ïóòåì äîáàâëåíèÿ îïåðàòîðîâ, îáëàäàþùèõ áîëåå ¾õîðîøèìè¿ ñâîéñòâàìè.
Íà îñíîâå ýòèõ ¾õîðîøèõ¿ ñâîéñòâ îïåðàòîðîâ, òåîðèè ñòåïåíè Ëåðå-Øàóäåðà
è àïðèîðíûõ îöåíîê ðåøåíèé äîêàçûâàåòñÿ ðàçðåøèìîñòü àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è. Äàëåå íà îñíîâå àïðèîðíûõ îöåíîê ðåøåíèé, íå çàâèñÿùèõ îò ïàðàìåòðà àïïðîêñèìàöèè, ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðåøåíèé
àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è ìîæíî âûäåëèòü ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòü, ñëàáî
ñõîäÿùóþñÿ ê ðåøåíèþ èñõîäíîé çàäà÷è ïðè ñòðåìëåíèè ïàðàìåòðà àïïðîêñèìàöèè ê íóëþ.
8
3
Ïîíÿòèå ñëàáîãî ðåøåíèÿ íà÷àëüíî-êðàåâîé
çàäà÷è
(1)(4)
Äëÿ òîãî, ÷òîáû ââåñòè ïîíÿòèå ñëàáîãî ðåøåíèÿ, íàì ïîòðåáóþòñÿ îïðåäåëåíèÿ íåêîòîðûõ ïðîñòðàíñòâ. Îáîçíà÷èì ÷åðåç C0∞ (Ω)n ïðîñòðàíñòâî
ôóíêöèé íà Ω ñî çíà÷åíèÿìè â Rn êëàññà C ∞ ñ êîìïàêòíûì íîñèòåëåì, ñîäåðæàùèìñÿ â Ω.
V = {v(x) = (v1 , . . . , vn ) ∈ C0∞ (Ω)n : div v = 0},
V 0 = ïîïîëíåíèå V ïî íîðìå L2 (Ω)n ;
V 1 = ïîïîëíåíèå V ïî íîðìå H 1 (Ω)n ;
V 2 = H 2 (Ω)n ∩ V 1 .
Îòìåòèì, ÷òî ïðîñòðàíñòâî V 0 ìîæíî îïðåäåëèòü è ñëåäóþùèì îáðàçîì:
V 0 = {v(x) ∈ L2 (Ω)n : div v = 0, (v, n)|∂Ω = 0},
ãäå div v ïîíèìàåòñÿ â ñìûñëå òåîðèè îáîáùåííûõ ôóíêöèé, à êîððåêòíîñòü
îïåðàòîðà ñóæåíèÿ íà ∂Ω íîðìàëüíîé êîìïîíåíòû v äîêàçàíà, íàïðèìåð, â
[15]. Ýòî îïðåäåëåíèå ýêâèâàëåíòíî èñõîäíîìó (ñì., [15]).
Ìû áóäåì òàêæå èñïîëüçîâàòü õîðîøî èçâåñòíîå ðàçëîæåíèå Âåéëÿ âåêòîðíûõ ïîëåé èç L2 (Ω)n (ñì., íàïðèìåð, [15], [16]):
L2 (Ω)n = V 0 ⊕ ∇H 1 (Ω),
ãäå ∇H 1 (Ω) = {∇p : p ∈ H 1 (Ω)}, ⊕ çíàê îðòîãîíàëüíîé ñóììû (ïðîñòðàíñòâà V 0 è ∇H 1 (Ω) îðòîãîíàëüíû â L2 (Ω)n ).
Ïóñòü π : L2 (Ω)n → V 0 ïðîåêòîð Ëåðå. Ðàññìîòðèì â ïðîñòðàíñòâå V
îïåðàòîð, çàäàííûé ñëåäóþùèì îáðàçîì: A = −π∆.
Îïåðàòîð A ïðîäîëæàåòñÿ â ïðîñòðàíñòâå V 0 äî çàìêíóòîãî îïåðàòîðà,
êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ñàìîñîïðÿæåííûì ïîëîæèòåëüíûì îïåðàòîðîì ñ âïîëíå
9
íåïðåðûâíûì îáðàòíûì (ïîäðîáíåå ñì., íàïðèìåð, â [17],[18]). Îáëàñòü îïðåäåëåíèÿ A ñîâïàäàåò ñ V 2 . Â ñèëó òåîðåìû Ãèëüáåðòà î ñïåêòðàëüíîì ðàçëîæåíèè âïîëíå íåïðåðûâíûõ îïåðàòîðîâ, ñîáñòâåííûå ôóíêöèè {ej } îïåðàòîðà
A îáðàçóþò îðòîíîðìèðîâàííûé áàçèñ â V 0 . Îòìåòèì, ÷òî åñëè ãðàíèöà îáëàñòè Ω ïðèíàäëåæèò êëàññó C ∞ , òî {ej } ñîáñòâåííûå ôóíêöèè îïåðàòîðà A
áóäóò áåñêîíå÷íî äèôôåðåíöèðóåìûìè.
Ïóñòü 0 < λ1 6 λ2 6 λ3 6 . . . 6 λk 6 . . . ñîáñòâåííûå çíà÷åíèÿ
îïåðàòîðà A. Îáîçíà÷èì ÷åðåç
(
E∞ =
v=
N
X
)
vj ej : vj ∈ R ,
N ∈ Z,
j=1
ìíîæåñòâî êîíå÷íûõ ëèíåéíûõ êîìáèíàöèé, ñîñòàâëåííûõ èç ej , è îïðåäåëèì
ïðîñòðàíñòâî V α , α ∈ R êàê ïîïîëíåíèå E∞ ïî íîðìå
kvkV α =
∞
X
! 21
λαk |vk |2
.
k=1
 [10], [20] ïîêàçàíî, ÷òî óêàçàííûå íîðìû â ïðîñòðàíñòâàõ V 1 , V 2 , V 3
ýêâèâàëåíòíû ñëåäóþùèì íîðìàì:
kvkV 1 = kA1/2 vkV 0 ;
kvkV 2 = kAvkV 0 ;
kvkV 3 = kA3/2 vkV 0 .
Òàêæå ââåä¼ì â ýòîì ïóíêòå ïðîñòðàíñòâà, â êîòîðûõ áóäåò äîêàçàíà ðàçðåøèìîñòü èçó÷àåìîé çàäà÷è è çàäà÷è, àïïðîêñèìèðóþùåé èñõîäíóþ:
W = u : u ∈ L∞ (0, T ; V 2 ), u0 ∈ L2 (0, T ; V 1 ) ,
W1 = u : u ∈ C([0, T ], V 3 ), u0 ∈ L2 (0, T ; V 3 ) ,
ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè íîðìàìè
kukW = kukL∞ (0,T ;V 2 ) + ku0 kL2 (0,T ;V 1 ) ,
kukW1 = kukC([0,T ],V 3 ) + ku0 kL2 (0,T ;V 3 ) .
Ïåðåéäåì ê îïðåäåëåíèþ ñëàáîãî ðåøåíèÿ ðàññìàòðèâàåìîé íà÷àëüíîêðàåâîé çàäà÷è (1)(4).
10
Îïðåäåëåíèå 1. Ïóñòü f ∈ L2 (0, T ; V 0 ), a ∈ V 2 . Ñëàáûì ðåøåíèåì
íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è (1)(4) íàçûâàåòñÿ ôóíêöèÿ v ∈ W , óäîâëåòâîðÿþùàÿ äëÿ ëþáîãî ϕ ∈ V 1 ðàâåíñòâó
Z
Ω
∂v
ϕdx + ν
∂t
Z
n Z
X
∂ϕj
dx +
∂x
i
i,j=1 Ω
Ω
Z
Z
n Z
X
∂v
∂ϕj
+κ ∇
: ∇ϕdx + κ
vi ∆vj
dx = f ϕdx. (5)
∂t
∂x
i
i,j=1
∇v : ∇ϕdx −
vi vj
Ω
Ω
Ω
ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) è íà÷àëüíîìó óñëîâèþ:
(6)
v(0) = a.
Çäåñü ñèìâîë : îáîçíà÷àåò ïîêîìïîíåíòíîå ïðîèçâåäåíèå ìàòðèö, ò. å. äëÿ
m
C = (cij )m
i,j=1 , D = (dij )i,j=1 , i, j = 1 . . . m, ìû èìååì C : D =
m
P
cij dij .
i,j=1
Ïðàâîìî÷íîñòü íà÷àëüíîãî óñëîâèÿ ñëåäóåò èç òîãî, ÷òî ëþáàÿ ôóíêöèÿ
u ∈ W ïðèíàäëåæèò ïðîñòðàíñòâó C([0, T ], V 1 ), ïîñêîëüêó u0 ∈ L2 (0, T ; V 1 ).
11
4
Îïåðàòîðíàÿ òðàêòîâêà çàäà÷è
Ââåäåì îïåðàòîðû ïðè ïîìîùè ñëåäóþùèõ ðàâåíñòâ.
1
A:V →V
B1 : L4 (Ω)n → V −1 ,
−1
Z
,
hAu, ϕi =
hB1 (u), ϕi =
∇u : ∇ϕdx,
Ω
n
XZ
ui uj
i,j=1 Ω
2
B2 : V → V
−1
,
hB2 (u), ϕi =
n Z
X
ui ∆uj
i,j=1 Ω
J : V 1 → V −1 ,
∂ϕj
dx,
∂xi
∂ϕj
dx,
∂xi
Z
hJu, ϕi =
uϕdx,
∀u, ϕ ∈ V 1 ;
∀u ∈ L4 (Ω)n , ϕ ∈ V 1 ;
∀u ∈ V 2 , ϕ ∈ V 1 ;
∀u, ϕ ∈ V 1 .
Ω
Òîãäà çàäà÷à î ïîèñêå ñëàáûõ ðåøåíèé íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è (1)(4)
ýêâèâàëåíòíà çàäà÷å î ïîèñêå ðåøåíèÿ v ∈ W îïåðàòîðíîãî óðàâíåíèÿ
(J + κA)v 0 − B1 (v) + κB2 (v) + νAu = f,
óäîâëåòâîðÿþùåãî íà÷àëüíîìó óñëîâèþ (6).
12
(7)
5
Àïïðîêñèìàöèîííàÿ çàäà÷à
Äëÿ äîêàçàòåëüñòâà ñóùåñòâîâàíèÿ ðåøåíèÿ îïåðàòîðíîãî óðàâíåíèÿ (7),
óäîâëåòâîðÿþùåãî íà÷àëüíîìó óñëîâèþ (6), ðàññìîòðèì ñëåäóþùåå àïïðîêñèìàöèîííîå îïåðàòîðíîå óðàâíåíèå:
(J + κA + εA2 )v 0 + νAu − B1 (u) + κB2 (u) = f,
(8)
ãäå îïåðàòîð A2 îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
2
3
A :V →V
−1
,
2
Z
∇(∆u) : ∇ϕdx,
hA u, ϕi = −
∀u ∈ V 3 ,
∀ϕ ∈ V 1 .
Ω
Íàçîâåì ðåøåíèåì àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è ôóíêöèþ v ∈ W1 , óäîâëåòâîðÿþùóþ îïåðàòîðíîìó óðàâíåíèþ (8) è íà÷àëüíîìó óñëîâèþ
(9)
v(0) = b ∈ V 3 .
Ââåäåì îïåðàòîðû ïðè ïîìîùè ñëåäóþùèõ ðàâåíñòâ:
L(u) =
J + κA + εA2 u0 + νAu, u|t=0 ,
K(u) = (B1 (u) − κB2 (u), 0) ,
L : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 ;
K : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 .
Òîãäà âîïðîñ î ñóùåñòâîâàíèè ðåøåíèÿ àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è (8),
(9) ýêâèâàëåíòåí âîïðîñó î ñóùåñòâîâàíèè ðåøåíèÿ ñëåäóþùåãî îïåðàòîðíîãî
óðàâíåíèÿ:
L(u) − K(u) = (f, b).
13
(10)
6
Ñâîéñòâà îïåðàòîðîâ
Äëÿ òîãî ÷òîáû íå íàãðîìîæäàòü îáîçíà÷åíèÿ, áóäåì èñïîëüçîâàòü îäíó
è òó æå áóêâó äëÿ îáîçíà÷åíèÿ îïåðàòîðîâ, äåéñòâóþùèõ â ðàçíûõ ôóíêöèîíàëüíûõ ïðîñòðàíñòâàõ è îïðåäåëÿåìûõ îäíîé è òîé æå ôîðìóëîé. Íàïðèìåð, â íèæåñëåäóþùåé ëåììå A ýòî îïåðàòîð, äåéñòâóþùèé èç V 1 â V −1 ,
èç L2 (0, T ; V 1 ) â L2 (0, T ; V −1 ) è èç W1 â L2 (0, T ; V −1 ). Îòìåòèì òàêæå, ÷òî
ìîæíî äîêàçàòü áîëåå ãëóáîêèå ñâîéñòâà äëÿ íåêîòîðûõ îïåðàòîðîâ, íî ìû
îãðàíè÷èìñÿ òîëüêî òåìè ñâîéñòâàìè, êîòîðûå íàì ïîòðåáóþòñÿ äëÿ äîêàçàòåëüñòâà ñóùåñòâîâàíèÿ ñëàáîãî ðåøåíèÿ àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è.
Òàêæå ïðèâåäåì òåîðåìó Îáåíà-Äóáèíñêîãî-Ñèìîíà, êîòîðîé ìû áóäåì
ïîëüçîâàòüñÿ ïðè äîêàçàòåëüñòâå ñâîéñòâ îïåðàòîðà
Òåîðåìà 1. Ïóñòü X ⊂ E ⊂ Y áàíàõîâû ïðîñòðàíñòâà, ïðè÷åì âëîæåíèå X ⊂ E âïîëíå íåïðåðûâíî, à âëîæåíèå E ⊂ Y íåïðåðûâíî. Ïóñòü
F ⊂ Lp (0, T ; X), 1 6 p 6 ∞. Áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî äëÿ ëþáîãî f ∈
F åãî îáîáùåííàÿ ïðîèçâîäíàÿ â ïðîñòðàíñòâå D0 (0, T ; Y ) ïðèíàäëåæèò
Lr (0, T ; Y ), 1 6 r 6 ∞. Äàëåå, ïóñòü
1. ìíîæåñòâî F îãðàíè÷åíî â Lp (0, T ; X),
2. ìíîæåñòâî {f 0 : f ∈ F } îãðàíè÷åíî â Lr (0, T ; Y ).
Òîãäà ïðè p < ∞ ìíîæåñòâî F îòíîñèòåëüíî êîìïàêòíî â Lp (0, T ; E),
à ïðè p = ∞ è r > 1 ìíîæåñòâî F îòíîñèòåëüíî êîìïàêòíî â C([0, T ], E).
Ïåðåéäåì ê äîêàçàòåëüñòâó ñâîéñòâ îïåðàòîðîâ.
Äëÿ òîãî ÷òîáû íå íàãðîìîæäàòü îáîçíà÷åíèÿ, áóäåì èñïîëüçîâàòü îäíó
è òó æå áóêâó äëÿ îáîçíà÷åíèÿ îïåðàòîðîâ, äåéñòâóþùèõ â ðàçíûõ ôóíêöèîíàëüíûõ ïðîñòðàíñòâàõ è îïðåäåëÿåìûõ îäíîé è òîé æå ôîðìóëîé. Íà ñàìîì
14
äåëå, äëÿ îïåðàòîðîâ, ðàññìàòðèâàåìûõ â íèæåñëåäóþùåé ëåììå, ìîæíî äîêàçàòü ãîðàçäî áîëåå ïîëíûå óòâåðæäåíèÿ, íî ìû ïðèâîäèì òîëüêî òå, êîòîðûå â äàëüíåéøåì áóäóò èñïîëüçîâàíû.
Ëåììà 1. Äëÿ îïåðàòîðà A èìåþò ìåñòî ñëåäóþùèå ñâîéñòâà:
1. Îïåðàòîð A : V 1 → V −1 íåïðåðûâåí è äëÿ ëþáîãî u ∈ V 1 èìååò
ìåñòî îöåíêà:
kAukV −1 6 kukV 1 .
(11)
2. Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ L2 (0, T ; V 1 ), ñïðàâåäëèâî, ÷òî ôóíêöèÿ Au ∈
L2 (0, T ; V −1 ), îïåðàòîð A : L2 (0, T ; V 1 ) → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâåí
è èìååò ìåñòî îöåíêà:
kAukL2 (0,T ;V −1 ) 6 kukL2 (0,T ;V 1 ) .
(12)
3. Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ W1 , ñîîòâåòñòâóþùàÿ åé ôóíêöèÿ Au ∈
L2 (0, T ; V −1 ), îïåðàòîð A : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâåí è äëÿ íåãî
èìåþò ìåñòî îöåíêè:
kAukL2 (0,T ;V −1 ) 6 C2 kukC([0,T ];V 2 ) 6 C3 kukC([0,T ];V 3 )
(13)
Äîêàçàòåëüñòâî. 1) Â ñèëó ëèíåéíîñòè îïåðàòîðà A äëÿ äîêàçàòåëüñòâà
íåïðåðûâíîñòè äîñòàòî÷íî äîêàçàòü åãî îãðàíè÷åííîñòü. Ïî îïðåäåëåíèþ îïåðàòîðà A äëÿ v, ϕ ∈ V 1 èìååì
Z
|hAu, ϕi| =
∇u : ∇ϕdx 6 kukV 1 kϕkV 1 ,
Ω
è, ñëåäîâàòåëüíî: kAukV −1 6 kukV 1 . Òàêèì îáðàçîì îïåðàòîð A : V 1 → V −1
îãðàíè÷åí, íåïðåðûâåí è èìååò ìåñòî òðåáóåìàÿ îöåíêà.
15
2) Ïóñòü u ∈ L2 (0, T ; V 1 ). Â ñèëó ïåðâîãî ïóíêòà äàííîé ëåììû ïðè ïî÷òè
âñåõ t ∈ (0, T ) èìååì îöåíêó kAu(t)kV −1 6 ku(t)kV 1 . Âîçâîäÿ å¼ â êâàäðàò è
èíòåãðèðóÿ ïî t îò 0 äî T, ïîëó÷èì:
ZT
kAu(t)k2V −1 dt 6
0
ZT
(14)
ku(t)k2V 1 dt.
0
 ñèëó òîãî, ÷òî ku(t)kV 1 ∈ L2 (0, T ), ïîëó÷àåì, ÷òî kAu(t)kV −1 ∈ L2 (0, T ),
è, ñëåäîâàòåëüíî, Au ∈ L2 (0, T ; V −1 ).
Èçâëåêàÿ êîðåíü èç îöåíêè (14), ïîëó÷èì òðåáóåìóþ îöåíêó ñâåðõó (12).
Ïîñêîëüêó, îïåðàòîð A ëèíååí è îãðàíè÷åí, òî îí íåïðåðûâåí êàê îïåðàòîð
èç L2 (0, T ; V 1 ) â L2 (0, T ; V −1 ).
3) Ïóñòü u ∈ W1 . Òîãäà â ñèëó íåðàâåíñòâà (12) ïîëó÷àåì, ÷òî
kAuk2L2 (0,T ;V −1 ) 6 kuk2L2 (0,T ;V 1 ) =
ZT
ku(t)k2V 1 dt 6
0
6 C12
ZT
ku(t)k2V 2 dt 6 C12 max ku(t)k2V 2
ZT
t∈[0,T ]
0
dt = C12 T kuk2C([0,T ];V 2 ) .
0
Çäåñü ìû âîñïîëüçîâàëèñü íåðàâåíñòâîì kwkV 1 6 C1 kwkV 2 , êîòîðîå èìååò
ìåñòî äëÿ ëþáîãî w ∈ V 2 â ñèëó íåïðåðûâíîãî âëîæåíèÿ V 2 ⊂ V 1 .
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ W1 ôóíêöèÿ Au ∈ L2 (0, T ; V −1 ),
√
è èìååò ìåñòî ïåðâàÿ èç òðåáóåìûõ îöåíîê (13) (C2 = C1 T ).  ñèëó íåïðåðûâíîãî âëîæåíèÿ C([0, T ], V 3 ) ⊂ C([0, T ], V 2 ) ïîëó÷àåì ïðàâóþ ÷àñòü îöåíêè (13) èç êîòîðîé â ñèëó ëèíåéíîñòè è ñëåäóåò íåïðåðûâíîñòü îïåðàòîðà
A : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) (â ñèëó îïðåäåëåíèÿ íîðìû â ïðîñòðàíñòâå W1 ñïðàâåäëèâî íåðàâåíñòâî kukC([0,T ];V 3 ) 6 kukW1 ).
Ïåðåéäåì íåïîñðåäñòâåííî ê èññëåäîâàíèþ ñâîéñòâ îïåðàòîðà B1 . Èìååò
ìåñòî ñëåäóþùàÿ ëåììà:
16
Ëåììà 2. Äëÿ îïåðàòîðà B1 èìåþò ìåñòî ñëåäóþùèå ñâîéñòâà:
1) Îïåðàòîð B1 : L4 (Ω)n → V −1 íåïðåðûâåí è äëÿ íåãî èìååò ìåñòî
îöåíêà:
(15)
kB1 (u)kV −1 6 C4 kuk2L4 (Ω)n .
2) Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) ôóíêöèÿ B1 (u) ∈ L2 (0, T ; V −1 )
è îïåðàòîð B1 : L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâåí.
3) Îïåðàòîð B1 : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) âïîëíå íåïðåðûâåí è èìååò ìåñòî
îöåíêà:
(16)
kB1 (u)kL2 (0,T ;V −1 ) 6 C7 kuk2C([0,T ],V 1 ) .
Äîêàçàòåëüñòâî. 1) Äëÿ ëþáûõ v ∈ L4 (Ω)n , ϕ ∈ V 1 èìååì
n Z
X
|hB1 (v), ϕi| =
i,j=1 Ω
6
n Z
X
|vi ||vj |
i,j=1 Ω
6
n
X
Z
n
X
∂ϕj
∂ϕj
vi vj
vi vj
dx 6
dx 6
∂xi
∂x
i
i,j=1
Ω
n
X
∂ϕj
∂ϕj
dx 6
kvi kL4 (Ω) kvj kL4 (Ω)
∂xi
∂xi
i,j=1
6
L2 (Ω)
kvkL4 (Ω)n kvkL4 (Ω)n kϕkV 1 6 C4 kvk2L4 (Ω)n kϕkV 1
i,j=1
îòêóäà è ñëåäóåò, ÷òî
kB1 (v)kV −1 6 C4 kvk2L4 (Ω)n
ñ íåêîòîðîé êîíñòàíòîé C4 .
Ïîêàæåì íåïðåðûâíîñòü îòîáðàæåíèÿ B1 : L4 (Ω)n → V −1 . Äëÿ ïðîèçâîëüíûõ v m , v 0 ∈ L4 (Ω)n èìååì:
m
0
| hB1 (v ), ϕi − hB1 (v ), ϕi| =
Z X
n
Ω
6
n
X
∂ϕj
vim vjm
∂xi
i,j=1
vim vjm − vi0 vj0
i,j=1
17
L2 (Ω)
dx −
∂ϕj
∂xi
Z X
n
Ω i,j=1
6
L2 (Ω)
vi0 vj0
∂ϕj
dx 6
∂xi
6
n
X
vim vjm
−
vi0 vj0 L (Ω) kϕkV 1
2
6 kϕkV 1
n
X
vim vjm − vi0 vj0
L2 (Ω)
.
i,j=1
i,j=1
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî
m
0
B1 (v ) − B1 (v )
V −1
6
n
X
vim vjm − vi0 vj0
L2 (Ω)
.
i,j=1
Ïðåîáðàçóåì ïðàâóþ ÷àñòü íåðàâåíñòâà ñëåäóþùèì îáðàçîì:
n
X
vim vjm
−
vi0 vj0 L (Ω)
2
=
n
X
vim vjm − vim vj0 + vim vj0 − vi0 vj0
L2 (Ω)
6
i,j=1
i,j=1
n
X
6
=
i,j=1
n
X
vim vjm
−
vim vj0 L (Ω)
2
vim (vjm − vj0 )
L2 (Ω)
+
+
i,j=1
6
n
X
kvim kL4 (Ω) vjm − vj0
L4 (Ω)
+
i,j=1
n
X
i,j=1
n
X
i,j=1
n
X
vim vj0 − vi0 vj0
vj0 (vim − vi0 )
vj0
L2 (Ω)
vim − vi0
L4 (Ω)
=
L2 (Ω)
6
L4 (Ω)
6
i,j=1
6 C5 kv m kL4 (Ω)n v m − v 0
v m − v 0 L4 (Ω)n =
m
0
= C5 kv kL4 (Ω)n + v L4 (Ω)n v m − v 0 L4 (Ω)n .
L4 (Ω)n
+ C5 v 0
L4 (Ω)n
Òàêèì îáðàçîì ïîëó÷èëè, ÷òî
m
0
B1 (v ) − B1 (v )
V −1
m
6 C5 kv kL4 (Ω)n + v
0
L4 (Ω)n
vm − v0
L4 (Ω)n
. (17)
Ïîëàãàÿ v m → v 0 â L4 (Ω)n , ïîëó÷àåì èç ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà íåïðåðûâíîñòü îòîáðàæåíèÿ B : L4 (Ω)n → V −1 .
2) Ïóñòü v ∈ L4 (0, T ; L4 (Ω)n ). Â ñèëó îöåíêè (15) ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T )
èìååì:
kB1 (v)(t)kV −1 6 C4 kv(t)k2L4 (Ω)n .
Âîçâåäåì ýòî íåðàâåíñòâî â êâàäðàò, ïðîèíòåãðèðóåì ïî t îò 0 äî T è îöåíèì
18
ïðàâóþ ÷àñòü ñâåðõó:
ZT
kB1 (v)(t)k2V −1 dt 6 C42
0
ZT
kv(t)k4L4 (Ω)n dt = C42 kvk4L4 (0,T ;L4 (Ω)n ) .
0
Ïîñêîëüêó ïðàâàÿ ÷àñòü ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà êîíå÷íà, òî êîíå÷íà è
ëåâàÿ ÷àñòü. Òàêèì îáðàçîì äëÿ v ∈ L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) ìû èìååì, ÷òî B1 (v) ∈
L2 (0, T ; V −1 ).
Ïîêàæåì òåïåðü íåïðåðûâíîñòü îòîáðàæåíèÿ B1 : L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) →
L2 (0, T ; V −1 ). Ïóñòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü {v m } ⊂ L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) ñõîäèòñÿ ê
íåêîòîðîìó ïðåäåëó v 0 ∈ L4 (0, T ; L4 (Ω)n ). Èç íåðàâåíñòâà (17) ïîëó÷èì, ÷òî
ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) èìååò ìåñòî îöåíêà
m
0
B1 (v )(t) − B1 (v )(t)
V −1
0
m
6 C5 kv (t)kL4 (Ω)n + v (t)
L4 (Ω)n
×
× (v m − v 0 )(t)
L4 (Ω)n
.
Âîçâåäåì ïîñëåäíåå íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è ïðîèíòåãðèðóåì ïî t îò 0 äî
T. Âîñïîëüçîâàâøèñü íåðàâåíñòâîì üëüäåðà, ïîëó÷èì:
ZT
2
V −1
B1 (v m )(t) − B1 (v 0 )(t)
dt 6
0
6
C52
ZT
m
0
kv (t)kL4 (Ω)n + v (t)
L4
2
v m (t) − v 0 (t)
2
L4 (Ω)n
dt 6
v m (t) − v 0 (t)
2
L4 (Ω)n
dt 6
(Ω)n
0
6
2C52
ZT
kv
m
(t)k2L4 (Ω)n
0
+ v (t)
2
L4 (Ω)n
0
6 2C52 kv m k2L4 (0,T ;L4 (Ω)n ) v m − v 0
2
2
+
L4 (0,T ;L4 (Ω)n )
2
+ 2C52 v 0 L4 (0,T ;L4 (Ω)n ) v m − v 0 L4 (0,T ;L4 (Ω)n ) 6
2
m 2
0 2
6 2C5 kv kL4 (0,T ;L4 (Ω)n ) + v L4 (0,T ;L4 (Ω)n ) v m − v 0
19
2
.
L4 (0,T ;L4 (Ω)n )
Òàêèì îáðàçîì:
2
B1 (v m ) − B1 (v 0 ) L2 (0,T ;V −1 ) 6
2
6 2C5 kv m k2L4 (0,T ;L4 (Ω)n ) + v 0
2
L4 (0,T ;L4 (Ω)n )
vm − v0
2
L4 (0,T ;L4 (Ω)n )
Òàê êàê ïðàâàÿ ÷àñòü íåðàâåíñòâà ñòðåìèòñÿ ê íóëþ ïðè m → +∞, òî
ñòðåìèòñÿ ê íóëþ è ëåâàÿ ÷àñòü. À ýòî è çíà÷èò, ÷òî îòîáðàæåíèå B1 :
L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâíî.
3) Äëÿ äîêàçàòåëüñòâà òðåáóåìîãî óòâåðæäåíèÿ âîñïîëüçóåìñÿ ñôîðìóëèðîâàííîé âûøå òåîðåìîé Îáåíà-Äóáèíñêîãî-Ñèìîíà.
 íàøåì ñëó÷àå
X = V 1 , E = L4 (Ω)n , Y = V 0 ,
F = {v : v ∈ L4 (0, T ; V 1 ); v 0 ∈ L2 (0, T ; V 0 )}.
Òàê êàê â ñèëó òåîðåìû âëîæåíèÿ Ñîáîëåâà ìû èìååì êîìïàêòíîå âëîæåíèå V 1 ⊂ L4 (Ω)n ïðè n 6 3, òî âûïîëíåíû âñå óñëîâèÿ òåîðåìû 1, è èç íå¼
ñëåäóåò êîìïàêòíîñòü âëîæåíèÿ F â L4 (0, T ; L4 (Ω)n ).
Èç òîãî, ÷òî âëîæåíèÿ
C([0, T ], V 3 ) ⊂ L4 (0, T ; V 1 ) è L2 (0, T ; V 3 ) ⊂ L2 (0, T ; V 0 )
íåïðåðûâíû, ñëåäóåò, ÷òî W1 ⊂ F, ïðè÷¼ì âëîæåíèå íåïðåðûâíî. Äàëåå, èç âòîðîãî ïóíêòà ýòîé ëåììû ìû èìååì, ÷òî îòîáðàæåíèå B1 :
L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâíî.
Òàêèì îáðàçîì èìååì ñëåäóþùóþ ñóïåðïîçèöèþ
B
1
W1 ⊂ F ⊂ L4 (0, T ; L4 (Ω)n ) −→
L2 (0, T ; V −1 ),
ãäå ïåðâîå âëîæåíèå íåïðåðûâíî, âòîðîå âëîæåíèå âïîëíå íåïðåðûâíî,
à îòîáðàæåíèå B1 íåïðåðûâíî.  èòîãå, äëÿ ëþáîé ôóíêöèè v ∈ W1 ïîëó÷èëè, ÷òî ôóíêöèÿ B1 (v)
∈ L2 (0, T ; V −1 ), à îòîáðàæåíèå B1 : W1 →
L2 (0, T ; V −1 ) âïîëíå íåïðåðûâíî.
20
Ïóñòü v ∈ W1 . Òîãäà èç íåðàâåíñòâà (15) ñëåäóåò, ÷òî
kB1 (v)(t)kV −1 6 C4 kv(t)k2L4 (Ω)n
ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ).
 ñèëó íåïðåðûâíîãî âëîæåíèÿ V 1 ⊂ L4 (Ω)n ïðè n 6 3 èìååì:
kv(t)kL4 (Ω)n 6 C6 kv(t)kV 1 .
 ïîñëåäíåé îöåíêå êîíñòàíòà C6 çàâèñèò îò îáëàñòè Ω. Îòñþäà
kB1 (v)(t)kV −1 6 C4 C62 kv(t)k2V 1 .
Âîçâîäÿ äàííîå íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è ïðîèíòåãðèðîâàâ åãî ïî t îò 0 äî T,
ïîëó÷èì:
ZT
kB1 (v)(t)k2V −1 dt 6 C42 C64
0
ZT
kv(t)k4V 1 dt 6
0
6 C42 C64
4 ZT
max kv(t)kV 1
t∈[0,T ]
dt = C42 C64 T kvk4C([0,T ],V 1 )
0
√
ñ êîíñòàíòîé C7 = C4 C62 T .
Ëåììà 3. Äëÿ îïåðàòîðà B2 èìåþò ìåñòî ñëåäóþùèå ñâîéñòâà:
1) Îïåðàòîð B2 : V 2 → V −1 íåïðåðûâåí è äëÿ íåãî èìååò ìåñòî îöåíêà:
kB2 (u)kV −1 6 C8 kuk2V 2 .
(18)
2) Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ L4 (0, T ; V 2 ) ôóíêöèÿ B2 (u) ∈ L2 (0, T ; V −1 ) è
îïåðàòîð B2 : L4 (0, T ; V 2 ) → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâåí.
3) Îïåðàòîð B2 : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) âïîëíå íåïðåðûâåí è èìååò ìåñòî
îöåíêà:
kB2 (u)kL2 (0,T ;V −1 ) 6 C9 kuk2C([0,T ],V 2 ) .
21
(19)
Äîêàçàòåëüñòâî. 1) Äëÿ ëþáûõ u ∈ V 2 è ϕ ∈ V 1 èìååì
n Z
X
|hB2 (u), ϕi| =
ui ∆uj
i,j=1 Ω
6
Z
n
X
i,j=1 Ω
6
n
X
∂ϕj
dx 6
∂xi
n Z
X
∂ϕj
∂ϕj
ui ∆uj
|ui ||∆uj |
dx 6
dx 6
∂xi
∂x
i
i,j=1
kui kC(Ω) k∆uj kL2 (Ω)
i,j=1
Ω
n
X
∂ϕj
6
kukC(Ω)n k∆ukL2 (Ω)n kϕkV 1 6
∂xi
i,j=1
6 C8 kuk2V 2 kϕkV 1 .
Îòñþäà è ñëåäóåò òðåáóåìàÿ îöåíêà (18).
Çäåñü ìû âîñïîëüçîâàëèñü âëîæåíèåì V 2 ⊂ C(Ω)n , â ñèëó êîòîðîãî èìååò
ìåñòî íåðàâåíñòâî
kukC(Ω)n 6 C8 kukV 2 .
Äîêàæåì òåïåðü íåïðåðûâíîñòü ðàññìàòðèâàåìîãî îïåðàòîðà. ∀u, v ∈ V 2
è ϕ ∈ V 1 èìååì:
|hB2 (u), ϕi − hB2 (v), ϕi| =
n Z
X
i,j=1 Ω
=
n Z
X
i,j=1 Ω
6
n
X
Z
vi ∆vj
∂ϕj
dx =
∂xi
Ω
Z
n
X
∂ϕj
∂ϕj
(ui ∆uj − vi ∆vj )
dx 6
(ui ∆uj − vi ∆vj )
dx 6
∂xi
∂x
i
i,j=1
Ω
Z
i,j=1 Ω
n
X
∂ϕj
ui ∆uj
dx −
∂xi
i,j
|ui ∆uj − vi ∆vj |
n
X
∂ϕj
∂ϕj
dx 6
kui ∆uj − vi ∆vj kL2 (Ω)
∂xi
∂xi
i,j=1
6 kϕkV 1
n
X
6
L2 (Ω)
kui ∆uj − vi ∆vj kL2 (Ω) .
i,j=1
Îòñþäà ïîëó÷àåì íåðàâåíñòâî: kB2 (u)−B2 (v)kV −1 6
n
P
i,j=1
22
kui ∆uj −vi ∆vj kL2 (Ω) .
Îöåíèì ïðàâóþ ÷àñòü ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà:
n
X
kui ∆uj − vi ∆vj kL2 (Ω) =
i,j=1
n
X
kui ∆uj − ui ∆vj + ui ∆vj − vi ∆vj kL2 (Ω) 6
i,j=1
6
n
X
n
X
kui ∆uj − ui ∆vj kL2 (Ω) +
i,j=1
n
X
=
i,j=1
n
X
kui (∆uj − ∆vj )kL2 (Ω) +
i,j=1
6
n
X
kui ∆vj − vi ∆vj kL2 (Ω) =
kukC(Ω)n k∆(u − v)kL2 (Ω)n +
i,j=1
n
X
k(ui − vi )∆vj kL2 (Ω) 6
ku − vkC(Ω)n k∆vkL2 (Ω)n 6
i,j=1
i,j=1
6 C8 kukV 2 ku − vkV 2 + C8 ku − vkV 2 kvkV 2 = C8 (kukV 2 + kvkV 2 ) ku − vkV 2
Òàêèì îáðàçîì:
kB2 (u) − B2 (v)kV −1 6 C8 ku − vkV 2 (kukV 2 + kvkV 2 )
(20)
Îòñþäà è ñëåäóåò íåïðåðûâíîñòü îòîáðàæåíèÿ B2 : V 2 → V −1 .
2) Ïóñòü ôóíêöèÿ u ∈ L4 (0, T ; V 2 ). Òîãäà â ñèëó îöåíêè (18) ïðè ï. â.
t ∈ (0, T ) èìååò ìåñòî îöåíêà:
kB2 (u)(t)kV −1 6 C8 ku(t)k2V 2 .
Âîçâåäåì ýòî íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è ïðîèíòåãðèðóåì ïî t îò 0 äî T :
ZT
kB2 (u)(t)k2V −1 dt 6 C82
0
ZT
ku(t)k4V 2 dt = C82 kuk4L4 (0,T ;V 2 ) .
0
Òàê êàê ïðàâàÿ ÷àñòü ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà êîíå÷íà, òî êîíå÷íà è ëåâàÿ
÷àñòü, ñëåäîâàòåëüíî, B2 (u) ∈ L2 (0, T ; V −1 ).
Ïîêàæåì òåïåðü íåïðåðûâíîñòü îïåðàòîðà B2
:
L4 (0, T ; V 2 )
→
L2 (0, T ; V −1 ).
 ñèëó îöåíêè (20) äëÿ ëþáûõ u, v ∈ L4 (0, T ; V 2 ) ïðè ï. â. t ∈ (0, T ) èìååò
ìåñòî íåðàâåíñòâî:
kB2 (u)(t) − B(v)(t)kV −1 6 C8 k(u − v)(t)kV 2 (ku(t)kV 2 + kv(t)kV 2 ) .
23
Âîçâåäåì ýòî íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è ïðåîáðàçóåì åãî, ïîëó÷èì:
kB2 (u)(t) − B2 (v)(t)k2V −1 6 2C82 k(u − v)(t)k2V 2 ku(t)k2V 2 + kv(t)k2V 2 .
Ïðîèíòåãðèðóåì ïîëó÷èâøååñÿ íåðàâåíñòâî ïî t îò 0 äî T :
kB2 (u) − B2 (v)k2L2 (0,T ;V −1 ) =
ZT
kB2 (u)(t) − B2 (v)(t)k2V −1 dt 6
0
6 2C82
ZT
k(u − v)(t)k2V 2 ku(t)k2V 2 + kv(t)k2V 2 dt 6
0
6 2C82
ZT
k(u − v)(t)k2V 2 ku(t)k2V 2 dt + 2C82
ZT
k(u − v)(t)k2V 2 kv(t)k2V 2 dt 6
0
0
2
2
2
2
6 2C8 ku − vkL4 (Ω)4 (0,T ;V 2 ) kukL4 (Ω)4 (0,T ;V 2 ) + kvkL4 (Ω)4 (0,T ;V 2 ) .
Îòñþäà è ïîëó÷àåì íåðàâåíñòâî:
kB2 (u) − B2 (v)k2L2 (0,T ;V −1 ) 6
6
2C82 ku
−
vk2L4 (Ω)4 (0,T ;V 2 )
kuk2L4 (Ω)4 (0,T ;V 2 )
+
kvk2L4 (Ω)4 (0,T ;V 2 )
, (21)
èç êîòîðîãî è ñëåäóåò íåïðåðûâíîñòü îòîáðàæåíèÿ B2 : L4 (0, T ; V 2 ) →
L2 (0, T ; V −1 ).
3) Äëÿ äîêàçàòåëüñòâà ýòîãî óòâåðæäåíèÿ åùå ðàç âîñïîëüçóåìñÿ òåîðåìîé
Îáåíà-Äóáèíñêîãî-Ñèìîíà.  íàøåì ñëó÷àå
X = V 3 E = V 2 Y = V 0;
F = u : L4 (0, T ; V 3 ); u0 ∈ L2 (0, T ; V 0 ) .
Òàêèì îáðàçîì, ïîñêîëüêó C([0, T ], V 3 ) ⊂ L4 (0, T ; V 3 ) è L2 (0, T ; V 3 ) ⊂
L2 (0, T ; V 0 ), è ýòè âëîæåíèÿ íåïðåðûâíû, òî âëîæåíèå W1 ⊂ F íåïðåðûâíî.
 èòîãå, ïîëó÷èì ñëåäóþùóþ öåïî÷êó âëîæåíèé:
B
2
W1 ⊂ F ,→ L4 (0, T ; V 2 ) −→
L2 (0, T ; V −1 ).
24
Çäåñü ïåðâîå âëîæåíèå íåïðåðûâíî, âòîðîå âëîæåíèå êîìïàêòíî, à îòîáðàæåíèå B2 íåïðåðûâíî, êàê îïåðàòîð èç L4 (0, T ; V 2 ) â L2 (0, T ; V −1 ). Òàêèì
îáðàçîì, B2 : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) âïîëíå íåïðåðûâíîå îòîáðàæåíèå.
Äîêàæåì îöåíêó (19). Â ñèëó îöåíêè (18) äëÿ u ∈ W1 ïðè ï. â. t ∈ (0, T )
èìååò ìåñòî íåðàâåíñòâî:
kB2 (u)(t)kV −1 6 C8 ku(t)k2V 2 .
Âîçâåäåì ýòó îöåíêó â êâàäðàò è ïðîèíòåãðèðóåì ïî t îò 0 äî T :
ZT
kB2 (u)(t)k2V −1 dt 6 C82
0
ZT
ku(t)k4V 2 dt 6 C82 max ku(t)k4V 2
ZT
dt =
t∈[0,T ]
0
0
= C82 T kuk4C([0,T ],V 2 ) .
√
Îòñþäà è ñëåäóåò òðåáóåìàÿ îöåíêà (19) êîíñòàíòîé C9 = C8 T .
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îäíîé èç àïðèîðíûõ îöåíîê ïîòðåáóåòñÿ ñëåäóþùåå óòâåðæäåíèå.
Ëåììà 4. Èìåþò ìåñòî ñëåäóþùèå îöåíêè:
1. Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ L2 (0, T ; V 3 ) èìååò ìåñòî îöåíêà:
kA2 ukL2 (0,T ;V −1 ) 6 kukL2 (0,T ;V 3 ) .
(22)
2. Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè u ∈ L2 (0, T ; V 1 ) èìååò ìåñòî îöåíêà:
κkukL2 (0,T ;V 1 ) 6 k(κA + J)ukL2 (0,T ;V −1 ) .
(23)
Äîêàçàòåëüñòâî. 1) Ïóñòü ôóíêöèÿ u ∈ L2 (0, T ; V 3 ). Òîãäà ïî îïðåäåëåíèþ
îïåðàòîðà A2 äëÿ ëþáîé ϕ ∈ V 1 ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) èìååì
hA2 u(t), ϕi =
Z
∇ (∆u(t)) : ∇ϕ dx 6 ku(t)kV 3 kϕkV 1 .
Ω
25
Îòñþäà ñëåäóåò îöåíêà, èìåþùàÿ ìåñòî ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) :
kA2 u(t)kV −1 6 ku(t)kV 3 . Âîçâîäÿ ýòî íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è èíòåãðèðóÿ ïî
t îò 0 äî T , ïîëó÷àåì òðåáóåìîå íåðàâåíñòâî (22).
2) Ïóñòü ôóíêöèÿ u ∈ L2 (0, T ; V 1 ), òîãäà ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) â ñèëó
îïðåäåëåíèÿ îïåðàòîðîâ A è J èìååì
h(κA + J)u(t), u(t)i = κhAu(t), u(t)i + hJu(t), u(t)i =
Z
Z
= κ ∇u(t) : ∇u(t) dx+ u(t)u(t) dx = κku(t)k2V 1 +ku(t)k2V 0 > κku(t)k2V 1 .
Ω
Ω
Ñ äðóãîé ñòîðîíû: h(κA + J)u(t), u(t)i 6 k(κA + J)u(t)kV −1 kukV 1 . Òàêèì îáðàçîì ïîëó÷èì: κku(t)k2V 1 6 k(κA + J)u(t)kV −1 ku(t)kV 1 . Îòñþäà ñëåäóåò
îöåíêà ñíèçó, èìåþùàÿ ìåñòî ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) : κku(t)kV 1 6
k(κA + J)u(t)kV −1 . Âîçâîäÿ ïîñëåäíåå íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è èíòåãðèðóÿ
ïî t îò 0 äî T , ïîëó÷àåì òðåáóåìóþ îöåíêó (23).
Ëåììà 5. Äëÿ îïåðàòîðà J + κA + εA2 èìåþò ìåñòî ñëåäóþùèå ñâîéñòâà:
1. Îïåðàòîð J + κA + εA2 : V 3 → V −1 ëèíåéíûé, íåïðåðûâíûé, îáðàòèìûé è äëÿ íåãî èìåþò ìåñòî îöåíêè:
εkukV 3 6 k(J + κA + εA2 )ukV −1 6 (C10 + κC11 + ε)kukV 3 .
(24)
Îáðàòíûé îïåðàòîð (J + κA + εA2 )−1 : V −1 → V 3 íåïðåðûâåí è äëÿ
ëþáîé w ∈ V −1 èìååò ìåñòî îöåíêà:
1
k(J + κA + εA2 )−1 wkV 3 6 kwkV −1 .
ε
(25)
2. Ôóíêöèÿ (J + κA + εA2 )u ∈ L2 (0, T ; V −1 ), îïåðàòîð J + κA + εA2 :
L2 (0, T ; V 3 ) → L2 (0, T ; V −1 ) íåïðåðûâåí, îáðàòèì äëÿ ëþáîé ôóíêöèè
26
u ∈ L2 (0, T ; V 3 ) è äëÿ íåãî èìåþò ìåñòî îöåíêè:
εkukL2 (0,T ;V 3 ) 6 k(J + κA + εA2 )ukL2 (0,T ;V −1 ) 6
6 (C10 + κC11 + ε)kukL2 (0,T ;V 3 ) . (26)
Îáðàòíûé îïåðàòîð (J + κA + εA2 )−1 : L2 (0, T ; V −1 ) → L2 (0, T ; V 3 )
íåïðåðûâåí.
Äîêàçàòåëüñòâî. 1) Ëèíåéíîñòü îïåðàòîðà J + κA + εA2 ñëåäóåò èç ëèíåéíîñòè êàæäîãî èç îïåðàòîðîâ J, κA, εA2 . Ïîêàæåì òåïåðü åãî íåïðåðûâíîñòü.
 ñèëó ëèíåéíîñòè íàì äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî ïîêàçàòü åãî îãðàíè÷åííîñòü:
|h(J + κA + εA2 )u, ϕi|
=
k(J + κA + εA )ukV −1 = sup
kϕkV 1
ϕ∈V 1 \{0}
R
R
R
uϕ dx + κ ∇u : ∇ϕ dx − ε ∇ (∆u) : ∇ϕ dx
Ω
Ω
= sup Ω
6
kϕkV 1
ϕ∈V 1 \{0}
kukV 0 kϕkV 0 + κkukV 1 kϕkV 1 + εkukV 3 kϕkV 1
6
6 sup
1
1
kϕk
V
ϕ∈V \{0}
C10 kukV 3 kϕkV 1 + κC11 kukV 3 kϕkV 1 + εkukV 3 kϕkV 1
=
6 sup
kϕkV 1
ϕ∈V 1 \{0}
2
def
= (C10 + κC11 + ε)kukV 3 .
Òàêèì îáðàçîì, îïåðàòîð J + κA + εA2 : V 3 → V −1 íåïðåðûâåí, è èìååò
ìåñòî ïðàâàÿ ÷àñòü îöåíêè (24).
Äàëåå, â ñèëó ïåðâîãî ïóíêòà ëåììû 1 è íåïðåðûâíîãî âëîæåíèÿ V 1 ⊂ V −1
ïîëó÷àåì, ÷òî îïåðàòîð J + κA : V 1 → V −1 íåïðåðûâåí. Ñëåäîâàòåëüíî,
ïîñêîëüêó âëîæåíèå V 3 ⊂ V 1 âïîëíå íåïðåðûâíî, òî îïåðàòîð J + κA : V 3 →
V −1 ÿâëÿåòñÿ âïîëíå íåïðåðûâíûì êàê ñóïåðïîçèöèÿ íåïðåðûâíîãî è âïîëíå
íåïðåðûâíîãî îïåðàòîðîâ.
Òàêèì îáðàçîì, îïåðàòîð J +κA+εA2 : V 3 → V −1 ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê
ñóììó íåïðåðûâíî îáðàòèìîãî îïåðàòîðà εA2 : V 3 → V −1 (â ñèëó îïðåäåëåíèÿ
27
îïåðàòîðà A è ïðîñòðàíñòâ V β , β
∈ R èìååì, ÷òî îïåðàòîð A2 : V 3 →
V −1 íåïðåðûâåí, îáðàòèì è îáðàòíûé ê íåìó îïåðàòîð (A2 )−1 : V −1 → V 3
íåïðåðûâåí) è âïîëíå íåïðåðûâíîãî îïåðàòîðà J + κA : V 3 → V −1 .
Íî, òîãäà îïåðàòîð J + κA + εA2 : V 3 → V −1 ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíûì ôðåäãîëüìîâûì îïåðàòîðîì èíäåêñà íóëü (êàê ñóììà íåïðåðûâíî îáðàòèìîãî è
âïîëíå íåïðåðûâíîãî îïåðàòîðîâ, òåîðåìà 7.4.3 èç [10], ñ. 288). Áîëåå òîãî,
Ker(J + κA + εA2 ) = {0}.
Íà ñàìîì äåëå, ïóñòü u ∈ V 3 , òîãäà ïîëó÷èì, ÷òî Au ∈ V 1 . Ñëåäîâàòåëüíî,
h(J + κA + εA2 )u, Aui =
Z
Z
Z
= − u∆udx − κ ∇u : ∇ (∆u) dx + ε ∇ (∆u) : ∇ (∆u) dx =
Ω
Ω
Z
Ω
Z
∇u : ∇udx + κ
=
Ω
Z
∇ (∆u) : ∇ (∆u) dx =
∆u∆udx + ε
Ω
Ω
= kuk2V 1 + κkuk2V 2 + εkuk2V 3 > εkuk2V 3 .
Òàêèì îáðàçîì
h(J + κA + εA2 )u, Aui > εkuk2V 3 .
(27)
Ñ äðóãîé ñòîðîíû:
h(J + κA + εA2 )u, Aui 6 k(J + κA + εA2 )ukV −1 kAukV 1 =
= k(J + κA + εA2 )ukV −1 kukV 3 . (28)
 èòîãå èç (27) è (28) ïîëó÷èì ëåâóþ ÷àñòü îöåíêè (24):
εkukV 3 6 k(J + κA + εA2 )ukV −1 .
Èç ïîñëåäíåé îöåíêè è ñëåäóåò, ÷òî ÿäðî îïåðàòîðà J + κA + εA2 : V 3 →
V −1 ñîñòîèò òîëüêî èç íóëÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â ñèëó òåîðåìû 7.4.3 èç ([10], ñ.
28
288) îí îáðàòèì (ëèíåéíûé ôðåäãîëüìîâ îïåðàòîð èíäåêñà íóëü ñ íóëåâûì
ÿäðîì), ïðè÷¼ì îáðàòíûé îïåðàòîð (J + κA + εA2 )−1 : V −1 → V 3 íåïðåðûâåí.
Íåðàâåíñòâî (25) ïîëó÷àåòñÿ èç ëåâîé ÷àñòè îöåíêè (24). Íà ñàìîì äåëå, â
ñèëó îáðàòèìîñòè îïåðàòîðà (J +κA+εA2 ) äëÿ êàæäîãî w ∈ V −1 ñóùåñòâóåò
åäèíñòâåííûé ýëåìåíò, v ∈ V 3 òàêîé, ÷òî v = (J +κA+εA2 )−1 w è èìååò ìåñòî
íåðàâåíñòâî (24):
εkvkV 3 6 k(J + κA + εA2 )vkV −1 .
Èëè, ÷òî òî æå ñàìîå, ÷òî äëÿ ëþáîãî w ∈ V −1 âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî:
εk(J + κA + εA2 )−1 wkV 3 6 kwkV −1 .
Èç ïîñëåäíåé îöåíêè è ñëåäóåò (25).
2) Ïóñòü u ∈ L2 (0, T ; V 3 ).  ñèëó ïðàâîé ÷àñòè îöåíêè (24) ïðè ïî÷òè
âñåõ t ∈ (0, T ) èìååò ìåñòî îöåíêà k(J + κA + εA2 )u(t)kV −1 6 (C10 + κC11 +
ε)ku(t)kV 3 . Âîçâîäÿ å¼ â êâàäðàò è ïðîèíòåãðèðîâàâ ïîëó÷åííîå íåðàâåíñòâî
ïî t îò 0 äî T, ïîëó÷èì:
ZT
k(J + κA + εA2 )u(t)k2V −1 dt 6 (C10 + κC11 + ε)2
0
ZT
ku(t)k2V 3 dt.
0
Òàê êàê u ∈ L2 (0, T ; V 3 ), òî ïðàâàÿ ÷àñòü íåðàâåíñòâà êîíå÷íà, è, ñëåäîâàòåëüíî, ëåâàÿ ÷àñòü íåðàâåíñòâà êîíå÷íà. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî (J + κA +
εA2 )u ∈ L2 (0, T ; V −1 ), è, ÷òî èìååò ìåñòî ïðàâàÿ ÷àñòü îöåíêè (26).
Ïîñêîëüêó îïåðàòîð (J + κA + εA2 ) ëèíåéíûé è îãðàíè÷åííûé, òî ïîëó÷àåì, ÷òî îí íåïðåðûâåí êàê îïåðàòîð èç L2 (0, T ; V 3 ) â L2 (0, T ; V −1 ).
Ïîêàæåì òåïåðü åãî îáðàòèìîñòü. Ñíà÷àëà äîêàæåì, ÷òî ìíîæåñòâî çíà÷åíèé îïåðàòîðà (J + κA + εA2 ) : L2 (0, T ; V 3 ) → L2 (0, T ; V −1 ) ñîâïàäàåò ñî
âñåì L2 (0, T ; V −1 ). Äëÿ ýòîãî íàäî ïîêàçàòü, ÷òî äëÿ ëþáîãî w ∈ L2 (0, T ; V −1 )
óðàâíåíèå (J + κA + εA2 )u = w èìååò ðåøåíèå u ∈ L2 (0, T ; V 3 ).
29
 ñèëó òîãî, ÷òî îïåðàòîð (J + κA + εA2 ) : V 3 → V −1 îáðàòèì, ìû
èìååì, ÷òî ïðè ïî÷òè âñåõ t ∈ (0, T ) ýòî óðàâíåíèå èìååò ðåøåíèå u(t) =
(J + κA + εA2 )−1 w(t).
Îñòàëîñü ïîêàçàòü, ÷òî îïðåäåë¼ííàÿ òàêèì îáðàçîì ôóíêöèÿ u ïðèíàäëåæèò ïðîñòðàíñòâó L2 (0, T ; V 3 ).  ñèëó ëåâîé ÷àñòè îöåíêè (24) ïðè ïî÷òè
âñåõ t ∈ (0, T ) ìû èìååì:
εku(t)kV 3 6 k(J + κA + εA2 )u(t)kV −1 = kw(t)kV −1 .
Âîçâîäÿ ýòî íåðàâåíñòâî â êâàäðàò è èíòåãðèðóÿ åãî ïî îòðåçêó [0, T ], ïîëó÷èì:
ZT
ε
ku(t)k2V 3 dt 6
ZT
k(J + κA + εA2 )u(t)k2V −1 dt =
0
0
ZT
kw(t)k2V −1 dt.
(29)
0
Ïîñêîëüêó w ∈ L2 (0, T ; V −1 ), òî èç ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà ñëåäóåò, ÷òî
u ∈ L2 (0, T ; V 3 ). Òàêèì îáðàçîì ìû ïîëó÷èëè, ÷òî ìíîæåñòâî çíà÷åíèé
îïåðàòîðà (J + κA + ε A2 ) : L2 (0, T ; V 3 ) → L2 (0, T ; V −1 ) ñîâïàäàåò ñî âñåì
ïðîñòðàíñòâîì L2 (0, T ; V −1 ).
Òàêæå íåïîñðåäñòâåííî èç íåðàâåíñòâà (29) ïîëó÷èì ëåâóþ ÷àñòü îöåíêè
(26). Îòêóäà, êàê è â ïåðâîì ïóíêòå, íåïîñðåäñòâåííî ïîëó÷àåì, ÷òî Ker(J +
κA + εA2 ) = {0}.
 èòîãå ïîëó÷èëè, ÷òî (J +κA+εA2 ) îáðàòèì êàê îïåðàòîð èç L2 (0, T ; V 3 )
â L2 (0, T ; V −1 ). Áîëåå òîãî, â ñèëó òåîðåìû Áàíàõà îáðàòíûé ê íåìó îïåðàòîð
ÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíûì.
Ââåäåì îïåðàòîðû ïðè ïîìîùè ñëåäóþùèõ ðàâåíñòâ:
L(u) =
J + κA + εA2 u0 + νAu, u|t=0 ,
K(u) = (B1 (u) − κB2 (u), 0) ,
L : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 ;
K : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 .
Äëÿ îïåðàòîðîâ L è K ñïðàâåäëèâû ñëåäóþùèå ëåììû.
30
Ëåììà 6. Îïåðàòîð L : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 îáðàòèì è îáðàòíûé ê
íåìó îïåðàòîð L−1 : L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 → W1 íåïðåðûâåí.
Äîêàçàòåëüñòâî. Äëÿ äîêàçàòåëüñòâà íåïðåðûâíîé îáðàòèìîñòè îïåðàòîðà
L : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 , L(v) = ((J + κA + εA2 )v 0 + νAv, v|t=0 )
ìû âîñïîëüçóåìñÿ òåîðåìîé Áàíàõà îá îáðàòíîì îïåðàòîðå. Ñíà÷àëà ïîêàæåì
åãî íåïðåðûâíîñòü.  ñèëó ëèíåéíîñòè ýòîãî îïåðàòîðà äîñòàòî÷íî ïîêàçàòü
åãî îãðàíè÷åííîñòü.
Äëÿ ëþáîé ôóíêöèè v ∈ W1 â ñèëó íåðàâåíñòâ (13),(26) èìååì
kL(v)kL2 (0,T ;V −1 )×V 3 = (J + κA + εA2 )v 0 + νAv
6 (J + κA + εA2 )v 0
L2 (0,T ;V −1 )
L2 (0,T ;V −1 )
+ kv|t=0 kV 3 6
+ ν kAvkL2 (0,T ;V −1 ) + max kv(t)kV 3 6
t∈[0,T ]
6 (C10 + κC11 + ε)kv 0 kL2 (0,T ;V 3 ) + νC3 kvkC([0,T ];V 3 ) + kvkC([0,T ];V 3 ) 6
6 (C10 + κC11 + ε + νC3 + 1) kv 0 kL2 (0,T ;V 3 ) + kvkC([0,T ];V 3 ) =
= (C10 + κC11 + ε + νC3 + 1) kvkW1 .
Îòñþäà ïîëó÷àåì, ÷òî ëèíåéíûé îïåðàòîð L : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3
îãðàíè÷åí è, ñëåäîâàòåëüíî, íåïðåðûâåí.
Ïîêàæåì òåïåðü, ÷òî îïåðàòîð L ÿâëÿåòñÿ âçàèìíî îäíîçíà÷íûì. Äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî ïîêàçàòü, ÷òî äëÿ êàæäîãî f ∈ L2 (0, T ; V 0 ), a ∈ V 3 ñóùåñòâóåò
åäèíñòâåííûé ýëåìåíò v ∈ W1 òàêîé, ÷òî
L(v) = (f, a).
Ïîñëåäíåå óðàâíåíèå ìîæíî ïåðåïèñàòü â âèäå ñëåäóþùåé çàäà÷è Êîøè:
(J + κA + εA2 )v 0 + νAv = f,
(30)
v(0) = a.
(31)
31
Ïîêàæåì, ÷òî ïðè êàæäîì f ∈ L2 (0, T ; V 0 ), a ∈ V 3 äàííàÿ çàäà÷à èìååò
åäèíñòâåííîå ðåøåíèå v ∈ W1 .
 ñèëó âòîðîãî ïóíêòà ëåììû 5 èìååì, ÷òî îïåðàòîð (J + κA + εA2 ) :
L2 (0, T ; V 3 ) → L2 (0, T ; V −1 ) îáðàòèì è îáðàòíûé ê íåìó îïåðàòîð íåïðåðûâåí. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðèìåíÿÿ îïåðàòîð (J + κA + εA2 )−1 ê (30) ïîëó÷àåì,
÷òî çàäà÷à (30),(31) ýêâèâàëåíòíà ñëåäóþùåé çàäà÷å Êîøè:
v 0 + ν(J + κA + εA2 )−1 Av = (J + κA + εA2 )−1 f,
(32)
v(0) = a.
(33)
Ïðîèíòåãðèðîâàâ (32) îò 0 äî t ãäå t ∈ [0, T ], ïîëó÷èì, ÷òî çàäà÷à íàõîæäåíèÿ ðåøåíèÿ v ∈ W1 çàäà÷è Êîøè (32),(33) ýêâèâàëåíòíà çàäà÷å íàõîæäåíèÿ
ðåøåíèÿ v ∈ C([0, T ], V 3 ) ñëåäóþùåãî îïåðàòîðíîãî óðàâíåíèÿ:
Zt
v(t) = a −
ν(J + κA + εA2 )−1 Av(s) − (J + κA + εA2 )−1 f (s) ds.
(34)
0
Ââåä¼ì âñïîìîãàòåëüíîå îòîáðàæåíèå t ∈ [0, T ]
Zt
(U v)(t) = a −
ν(J + κA + εA2 )−1 Av(s) − (J + κA + εA2 )−1 f (s) ds.
0
Ïîñêîëüêó èíòåãðàë Áîõíåðà îò èíòåãðèðóåìîé ôóíêöèè åñòü ôóíêöèÿ
íåïðåðûâíàÿ, ìû ïîëó÷àåì, ÷òî U : C([0, T ], V 3 ) → C([0, T ], V 3 ).
Ïîêàæåì, ÷òî îòîáðàæåíèå U ÿâëÿåòñÿ ñæèìàþùèì, äëÿ òîãî ÷òîáû
âîñïîëüçîâàòüñÿ ïðèíöèïîì ñæèìàþùèõ îòîáðàæåíèé. Äëÿ ëþáûõ v, w ∈
C([0, T ], V 3 ) â ñèëó îïðåäåëåíèÿ îïåðàòîðà U, âîñïîëüçîâàâøèñü íåðàâåíñòâàìè (25), (11) è íåïðåðûâíîñòüþ âëîæåíèÿ V 3 ⊂ V 1 , ïîëó÷èì äëÿ ëþáîãî
32
âåùåñòâåííîãî ÷èñëà k > 0 (òî÷íîå çíà÷åíèå ÷èñëà k áóäåò óêàçàíî íèæå)
k(U v)(t) − (U w)(t)kV 3 =
Zt
=
ν(J + κA + εA2 )−1 Av(s)ds −
0
Zt
ν(J + κA + εA2 )−1 Aw(s)ds
0
Zt
=
=
V3
ν(J + κA + εA2 )−1 A(v − w)(s)ds
0
6
V3
Zt
(J + κA + εA2 )−1 A(v − w)(s)
6ν
V3
ds 6
0
ν
6
ε
Zt
ν
kA(v − w)(s)kV −1 ds 6 C11
ε
0
Zt
kv(s) − w(s)kV 3 ds =
0
= C11
ν
ε
Zt
kv(s) − w(s)kV 3 e−ks eks ds 6
0
6 C11
ν
ε
Zt
max e−ks kv(s) − w(s)kV 3 eks ds =
s∈[0,t]
0
ν
= C11 kv − wkC([0,t],V 3 ),k
ε
Zt
ν
e ds 6 C11 kv − wkC([0,T ],V 3 ),k
ε
ks
ekt − 1
,
k
0
ãäå kukC([0,T ],V 3 ),k = max e−kt ku(t)kV 3 , k > 0 íîðìà, ýêâèâàëåíòíàÿ ñòàí-
t∈[0,T ]
äàðòíîé íîðìå C([0, T ], V 3 ). ([19], ñ. 191, ëåììà 1.2)
 èòîãå ïîëó÷èëè, ÷òî ïðè t ∈ [0, T ] èìååò ìåñòî íåðàâåíñòâî
k(U v)(t) − (U w)(t)kV 3
ν
6 C11 kv − wkC([0,T ],V 3 ),k
ε
ekt − 1
.
k
Óìíîæàÿ òåïåðü îáå ÷àñòè ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà íà e−kt è îöåíèâàÿ ïðà-
33
âóþ ÷àñòü ñâåðõó, îêîí÷àòåëüíî ïîëó÷èì
e−kt k(U v)(t) − (U w)(t)kV 3
1 − e−kT
6
k
ν
6 C11 kv − wkC([0,T ],V 3 ),k .
kε
ν
6 C11 kv − wkC([0,T ],V 3 ),k
ε
Ïðàâàÿ ÷àñòü ïîñëåäíåãî íåðàâåíñòâà íå çàâèñèò îò t. Òîãäà, ïåðåõîäÿ ê
ìàêñèìóìó ïî t ∈ [0, T ] â ëåâîé ÷àñòè è âûáèðàÿ ïîñòîÿííóþ k òàêèì îáðàçîì,
÷òîáû
C11 ν
kε
< 1, ïîëó÷èì íåðàâåíñòâî
kU v − U wkC([0,T ],V 3 ),k 6 ηkv − wkC([0,T ],V 3 ),k ,
(35)
ãäå η êîíñòàíòà, 0 < η < 1.
Òàêèì îáðàçîì, èç íåðàâåíñòâà (35) íåïîñðåäñòâåííî ïîëó÷àåì, ÷òî îòîáðàæåíèå U : C([0, T ], V 3 ) → C([0, T ], V 3 ) ÿâëÿåòñÿ ñæèìàþùèì. Òîãäà â ñèëó ïðèíöèïà ñæèìàþùèõ îòîáðàæåíèé îòîáðàæåíèå U èìååò åäèíñòâåííóþ
íåïîäâèæíóþ òî÷êó, òî åñòü òàêóþ òî÷êó w ∈ C([0, T ], V 3 ), ÷òî U w = w.
Ñëåäîâàòåëüíî, ýòà ôóíêöèÿ w ∈ C([0, T ], V 3 ) óäîâëåòâîðÿåò óðàâíåíèþ (34).
 ñèëó ïðîâåäåííûõ âûøå ðàññóæäåíèé èìååì, ÷òî äëÿ êàæäîé ïàðû
f ∈ L2 (0, T ; V 0 ), a ∈ V 3 ñóùåñòâóåò åäèíñòâåííîå ðåøåíèå w ∈ W1 çàäà÷è
(30),(31). Ñëåäîâàòåëüíî ïîëó÷èì, ÷òî îïåðàòîð L : W1 → L2 (0, T ; V −1 )×V 3
ÿâëÿåòñÿ âçàèìíî îäíîçíà÷íûì. Òàêèì îáðàçîì, â ñèëó òåîðåìû Áàíàõà îá îáðàòíîì îïåðàòîðå îïåðàòîð L : W1 → L2 (0, T ; V −1 )×V 3 îáðàòèì è îáðàòíûé
îïåðàòîð îïåðàòîð L−1 : L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 → W1 íåïðåðûâåí.
Ëåììà 7. Îïåðàòîð K : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 âïîëíå íåïðåðûâíûé.
Äîêàçàòåëüñòâî. Äîêàçàòåëüñòâî íåïîñðåäñòâåííî ñëåäóåò èç îïðåäåëåíèÿ
îïåðàòîðà K :
K : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 ,
34
K(v) = (B1 (v) − κB2 (v), 0)
è âïîëíå íåïðåðûâíîñòè îïåðàòîðîâ: B1 : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) (òðåòèé ïóíêò
ëåììû 2); B2 : W1 → L2 (0, T ; V −1 ) (òðåòèé ïóíêò ëåììû 3).
35
7
Àïðèîðíûå îöåíêè
Âìåñòå ñ îïåðàòîðíûì óðàâíåíèåì (10) áóäåì ðàññìàòðèâàòü ñëåäóþùåå
ñåìåéñòâî îïåðàòîðíûõ óðàâíåíèé:
ãäå λ ∈ [0, 1].
L(u) − λK(u) = λ(f, b),
(36)
Ëåììà 8. Åñëè u ∈ W1 ðåøåíèå (36) äëÿ êàêîãî-òî λ ∈ [0, 1], òî äëÿ íåãî
èìåþò ìåñòî îöåíêè:
kuk2C([0,T ],V 2 ) 6
2
C13 ;
κ2
(37)
εκ
kuk2C([0,T ],V 3 ) 6 C13 ,
2
ãäå C13
(38)
2
+ κ2
C12
1 2
ε + κ2
εκ
2
2
=
kf kL2 (0,T ;V 0 ) + kbkV 0 + κkbkV 1 +
kbk2V 2 +
kbk2V 3 .
νκ
2
2
2
Äîêàçàòåëüñòâî. Åñëè u ∈ W1 ðåøåíèå (36) äëÿ íåêîòîðîãî ε > 0, λ ∈
[0, 1], òî
J + κA + εA2 u0 + νAu − λB1 (u) + λκB2 (u) = λf,
(39)
u(0) = λb.
(40)
Ïðèìåíèì (39) ê ôóíêöèè ϕ = (J + κA) u. Ïîëó÷èì:
h J + κA + εA2 u0 , (J + κA) ui+hνAu, (J + κA) ui−λhB1 (u), (J + κAu)i+
+ λκhB2 (u), (J + κA) ui = λhf, (J + κA) ui.
Ïðåîáðàçóåì ñëàãàåìûå ñëåäóþùèì îáðàçîì:
h J + κA + εA2 u0 , (J + κA) ui =
= h(J + κA) u0 , (J + κA) ui + εhA2 u0 , ui + εκhA2 u0 , Aui =
Z
Z
Z
Z
0
0
0
2
= u udx − κ u ∆udx + κ ∇u : ∇udx − κ
∇u0 : ∇∆udx−
Ω
Ω
Ω
36
Ω
Z
Z
Z
1
∂ 2
u dx+
− ε ∇∆u0 : ∇udx + εκ ∇∆u0 : ∇∆udx =
2 ∂t
Ω
Ω
Ω
Z
Z
Z
κ
∂
∂
∂
κ
κ2
+
(∇u : ∇u) dx +
(∇u : ∇u) dx +
(∆u∆u) dx+
2
∂t
2
∂t
2
∂t
Ω
Ω
Ω
Z
Z
ε
∂
εκ
∂
+
(∆u∆u) dx +
(∇∆u : ∇∆u) dx =
2 ∂t
2
∂t
Ω
Ω
d
ε + κ2 d
εκ d
1d
2
2
kukV 0 + κ kukV 1 +
kuk2V 2 +
kuk2V 3 .
=
2 dt
dt
2 dt
2 dt
Ïåðåõîäèì ê ñëåäóþùåìó ñëàãàåìîìó
hνAu, (J + κA) ui = νhAu, ui + νκhAu, Aui =
Z
Z
= ν ∇u : ∇udx + νκ ∆u∆udx = νkuk2V 1 + νκkuk2V 2 .
Ω
Ω
Çàìåòèì, ÷òî
− λhB1 (u), (J + κA) ui + λκhB2 (u), (J + κA) ui =
n Z
n Z
X
X
∂(u − κ∆u)j
∂(u − κ∆u)j
ui uj
ui ∆uj
= −λ
dx + λκ
dx =
∂x
∂x
i
i
i,j=1 Ω
i,j=1 Ω
Z
n
X
ui (u − κ∆u)j ∂(u − κ∆u)j dx =
= −λ
∂xi
i,j=1
Ω
Z X
n
λ
∂ ((u − κ∆u)j (u − κ∆u)j )
=−
ui
dx =
2 i,j=1
∂xi
Ω
Z X
n
λ
∂ui
=
(u − κ∆u)j (u − κ∆u)j dx = 0.
2 i,j=1 ∂xi
Ω
Îöåíèì ïðàâóþ ÷àñòü ñâåðõó:
hf, (J + κA) ui = hf, ui + κhf, Aui 6 kf kV 0 kukV 0 + κkf kV 0 kAukV 0 6
6 C12 kf kV 0 kukV 2 + κkf kV 0 kukV 2 6 kukV 2 (C12 kf kV 0 + κkf kV 0 ) 6
2
2
2
2
C
+
κ
(C
+
κ)
kf
k
νκ
νκ
12
V0
6
kuk2V 2 +
6
kuk2V 2 + 12
kf k2V 0 .
2
2νκ
2
νκ
37
Ïðèâîäÿ ïîäîáíûå ñëàãàåìûå, ïîëó÷èì ñëåäóþùåå íåðàâåíñòâî
1d
d
ε + κ2 d
εκ d
νκ
2
2
kukV 0 + κ kukV 1 +
kuk2V 2 +
kuk2V 3 + νkuk2V 1 +
kuk2V 2 6
2 dt
dt
2 dt
2 dt
2
2
C12
+ κ2
6
kf k2V 0 .
νκ
Ïðîèíòåãðèðóåì ýòî íåðàâåíñòâî ïî t îò 0 äî t :
2
ε+κ
εκ
1
ku(t)k2V 0 + κku(t)k2V 1 +
ku(t)k2V 2 +
ku(t)k2V 3 + ν
2
2
2
Zt
ku(s)k2V 1 ds+
0
νκ
+
2
Zt
0
2
2
+ κ2
C12
2
ku(s)kV 2 ds 6
νκ
2
ε+κ 2 2
εκλ
+
λ kbkV 2 +
kbk2V 3 6
2
2
Zt
kf (s)k2V 0 ds
λ2
+ kbk2V 0 + κλ2 kbk2V 1 +
2
0
2
C12
+ κ2
1
kf k2L2 (0,T ;V 0 ) + kbk2V 0 + κkbk2V 1 +
νκ
2
εκ
ε + κ2
kbk2V 2 +
kbk2V 3 = C13
+
2
2
Òàê êàê â ëåâîé ÷àñòè íåðàâåíñòâà âñå ñëàãàåìûå ïîëîæèòåëüíûå, òî êàæäîå
èç íèõ íå áîëüøå ïðàâîé ÷àñòè, ïîýòîìó èìååì:
κ2
ku(t)k2V 2 6 C13 è
2
εκ
ku(t)k2V 3 6 C13 .
2
Ïîñêîëüêó ïðàâàÿ ÷àñòü ýòèõ íåðàâåíñòâ íå çàâèñèò îò t, òî ìîæíî ïåðåéòè
ê ìàêñèìóìó ïî t ∈ [0, T ] â ëåâîé ÷àñòè. Ïîëó÷èì:
κ2
max kuk2V 2 6 C13 è
2 t∈[0,T ]
εκ
max kuk2V 3 6 C13 .
2 t∈[0,T ]
Îòñþäà è ñëåäóþò òðåáóåìûå îöåíêè.
Ëåììà 9. Ïóñòü v ∈ W1 ðåøåíèå ñåìåéñòâà îïåðàòîðíûõ óðàâíåíèé
(36). Òîãäà äëÿ íåãî èìåþò ìåñòî ñëåäóþùèå îöåíêè:
εku0 kL2 (0,T ;V 3 ) 6 C16
(41)
κku0 kL2 (0,T ;V 1 ) 6 2C16 .
(42)
38
Äîêàçàòåëüñòâî. Åñëè u ∈ W1 ðåøåíèå (36) ïðè íåêîòîðûõ ε > 0, λ ∈
[0, 1], òî äëÿ íåãî èìååò ìåñòî ðàâåíñòâî (39):
J + κA + εA2 u0 + νAu − λB1 (u) + λκB2 (u) = λf.
Îòêóäà
J + κA + εA2 u0 = −νAu + λB1 (u) − λκB2 (u) + λf.
Ñëåäîâàòåëüíî, â ñèëó íåðàâåíñòâ (13), (16), (19) è îöåíêè (37), ïîëó÷èì
k J + κA + εA2 u0 kL2 (0,T ;V −1 ) =
= k − νAu + λB1 (u) − λκB2 (u) + λf kL2 (0,T ;V −1 ) 6 νkAukL2 (0,T ;V −1 ) +
+kB1 (u)kL2 (0,T ;V −1 ) + κkB2 (u)kL2 (0,T ;V −1 ) + kf kL2 (0,T ;V −1 ) 6
6 C2 νkukC([0,T ],V 2 ) + C7 kuk2C([0,T ],V 1 ) + κC9 kuk2C([0,T ],V 2 ) + C14 kf kL2 (0,T ;V 0 ) 6
2
2
kuk2C([0,T ],V 2 ) + κC9 kuk2C([0,T ],V 2 ) +
6 νC2 kukC([0,T ],V 2 ) + 1 + C7 C15
2
2
+C14 kf kL2 (0,T ;V 0 ) 6 νC2 + C7 C15
+ κC9
C13 + 1 +
κ2
+C14 kf kL2 (0,T ;V 0 ) = C16 .
Òàêèì îáðàçîì
J + κA + εA2 u0
L2 (0,T ;V −1 )
6 C16 .
Òàê êàê â ñèëó ëåâîé ÷àñòè íåðàâåíñòâà (26) äëÿ ëþáîãî w ∈ L2 (0, T ; V 3 )
ñïðàâåäëèâî íåðàâåíñòâî
J + κA + εA2 w
L2 (0,T ;V −1 )
> εkwkL2 (0,T ;V 3 ) , ïî-
ëó÷àåì îöåíêó (41). Àíàëîãè÷íî, âîñïîëüçîâàâøèñü ïîëó÷åííîé îöåíêîé è
íåðàâåíñòâîì (22), èìååì
k(J + κA) u0 kL2 (0,T ;V −1 ) =
= −εA2 u0 − νAu + λB1 (u) − λκB2 (u) + λf
L2 (0,T ;V −1 )
6
6 εkA2 u0 kL2 (0,T ;V −1 ) + kνAu + λB1 (u) − λκB2 (u) + λf kL2 (0,T ;V −1 ) 6
6 εku0 kL2 (0,T ;V 3 ) + C16 6 2C16 .
39
Ïîñêîëüêó k(J + κA) wkL2 (0,T ;V −1 ) > κkwkL2 (0,T ;V 1 ) , òî ïîëó÷àåì îöåíêó
(42).
Èç òåîðåì 8 è 9 íåïîñðåäñòâåííî ïîëó÷àåì:
Ñëåäñòâèå 1. Ïóñòü v ∈ W1 ðåøåíèå (36). Òîãäà èìååò ìåñòî îöåíêà:
r
kvkW1 6 C∗ =
40
2
C16
C13 +
;
εκ
ε
(43)
8
Òåîðåìà ñóùåñòâîâàíèÿ ðåøåíèÿ àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è
Òåîðåìà 2. Îïåðàòîðíîå óðàâíåíèå (10) èìååò õîòÿ áû îäíî ðåøåíèå v ∈
W1 .
Äîêàçàòåëüñòâî. Äëÿ äîêàçàòåëüñòâà âîñïîëüçóåìñÿ òåîðèåé ñòåïåíè ËåðåØàóäåðà äëÿ âïîëíå íåïðåðûâíûõ âåêòîðíûõ ïîëåé.
 ñèëó îöåíêè (43) âñå ðåøåíèÿ ñåìåéñòâà óðàâíåíèé (36):
L(v) − λK(v) = λ(f, b),
ãäå λ ∈ [0, 1]
ëåæàò â øàðå BR ⊂ W1 ðàäèóñà R = C∗ + 1 ñ öåíòðîì â íóëå, ãäå
r
C∗ =
2
C16
C13 +
.
εκ
ε
È, ñëåäîâàòåëüíî, âñå ðåøåíèÿ ñåìåéñòâà óðàâíåíèé
v − λL−1 [K(v) + (f, b)] = 0,
ãäå λ ∈ [0, 1],
ëåæàò â òîì æå øàðå BR . Ïî ëåììå 7 îòîáðàæåíèå [K(·) + (f, b)] : W1 →
L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 ÿâëÿåòñÿ âïîëíå íåïðåðûâíûì. Â ñèëó ëåììû 6 îïåðàòîð L−1 : L2 (0, T ; V −1 ) × V 3 → W1 íåïðåðûâåí. Òàêèì îáðàçîì îòîáðàæåíèå
L−1 [K(·) + (f, b)] : W1 → W1 âïîëíå íåïðåðûâíî. Òîãäà îòîáðàæåíèå
G : [0, 1] × W1 → W1 ,
G(λ, v) = λL−1 [K(v) + (f, b)]
âïîëíå íåïðåðûâíî ïî ñîâîêóïíîñòè ïåðåìåííûõ λ è v.
Èç âûøåñêàçàííîãî èìååì, ÷òî âïîëíå íåïðåðûâíîå âåêòîðíîå ïîëå
Φ(λ, v) = v − G(λ, v) íåâûðîæäåíî íà ãðàíèöå øàðà BR . Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ
íåãî îïðåäåëåíà ñòåïåíü Ëåðå-Øàóäåðà degLS (Φ, BR , 0). Ïî ñâîéñòâó ãîìîòîïè÷åñêîé èíâàðèàíòíîñòè ñòåïåíè ïîëó÷èì, ÷òî
degLS (Φ(0, ·), BR , 0) = degLS (Φ(1, ·), BR , 0).
41
Âñïîìíèì, ÷òî Φ(0, ·) = I è ïî óñëîâèþ íîðìèðîâêè: degLS (I, BR , 0) = 1.
Îòñþäà, degLS (Φ(1, ·), BR , 0) = 1.
Òàêèì îáðàçîì ïîëó÷èëè, ÷òî ñóùåñòâóåò õîòÿ áû îäíî ðåøåíèå v ∈ W1
óðàâíåíèÿ
v − L−1 [K(v) + (f, b)] = 0
è, ñëåäîâàòåëüíî, óðàâíåíèÿ (10).
Ïîñêîëüêó ñóùåñòâóåò ðåøåíèå v ∈ W1 óðàâíåíèÿ (10), òî èç âûøåïðèâåäåííûõ ðàññóæäåíèé ñëåäóåò, ÷òî àïïðîêñèìàöèîííàÿ çàäà÷à (8), (9) èìååò
õîòÿ áû îäíî ðåøåíèå v ∈ W1 .
42
9
Ïðåäåëüíûé ïåðåõîä
 ñèëó òåîðåìû 2 ïðè êàæäîì ε > 0 ñóùåñòâóåò ñëàáîå ðåøåíèå àïïðîê-
ñèìàöèîííîé çàäà÷è (8), (9). Ñëåäîâàòåëüíî, âñïîìèíàÿ îïðåäåëåíèÿ îïåðàòîðîâ, ñóùåñòâóåò ôóíêöèÿ vε ∈ W1 , êîòîðàÿ óäîâëåòâîðÿåò ðàâåíñòâó
Z
vε0 ϕdx
Z
+κ
Ω
−
Ω
n
X
∇vε0
Z
: ∇ϕdx − ε
∇(∆vε0 )
Z
: ∇ϕdx + ν
Ω
Z
i,j=1 Ω
∇vε : ∇ϕdx−
Ω
n
X
∂ϕj
dx + κ
(vε )i (vε )j
∂xi
i,j=1
Z
∂ϕj
(vε )i (∆vε )j
=
∂xi
Ω
Z
f ϕdx (44)
Ω
è íà÷àëüíîìó óñëîâèþ
vε (0) = b.
(45)
Âûáåðåì òåïåðü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü εn , ñõîäÿùóþñÿ ê íóëþ ñëåäóþùèì
1
,
n
åñëè æå a ≡
6 0, òî â ñèëó ïëîòíîñòè V 3 â V 2 íàéäåòñÿ òàêàÿ ïîñëåäîâàòåëüîáðàçîì. Åñëè íà÷àëüíîå óñëîâèå èñõîäíîé çàäà÷è a ≡ 0, òî ïîëîæèì εn =
íîñòü {bn } ⊂ V 3 , êîòîðàÿ ñõîäèòñÿ ê a ïî íîðìå V 2 è, íà÷èíàÿ ñ íåêîòîðîãî
íîìåðà, âîçìîæíî, ïåðåõîäÿ ê ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòè, kbn kV 3 6= 0. Òàêèì îá-
1
.
nkbn k2V 3
Òîãäà, â ñèëó îöåíîê (37) è (42) ðåøåíèå vn , óäîâëåòâîðÿþùåå ñîîòíî-
ðàçîì, ïîëîæèì â ýòîì ñëó÷àå εn =
øåíèÿì (44), (45), óäîâëåòâîðÿåò òàêæå îöåíêàì (áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè
ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ÷òî εn 6 1):
ãäå C17
kvn k2L∞ (0,T ;V 2 ) 6 C17 ;
(46)
kvn0 kL2 (0,T ;V 1 ) 6 C16 ,
(47)
2
2C11
+ 2κ 2
=
kf k2L2 (0,T ;V 0 ) +
3
νκ
1
2 2 + κ2
2
2
2
+
+
kak
+
kak
+
kak
+
1
+ .
0
1
2
V
V
V
κ
κ2
κ
43
Ñëåäîâàòåëüíî, â ñèëó îöåíêè (46) áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè è, â ñëó÷àå
íåîáõîäèìîñòè ïåðåõîäÿ ê ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ïîëó÷èì ÷òî {vn } ñõîäèòñÿ ∗-ñëàáî ê ôóíêöèè u ∈ L∞ (0, T ; V 2 ) (à òàêæå ñëàáî ê òîé æå ôóíêöèè â
ëþáîì Lp (0, T ; V 2 ) äëÿ 1 < p < ∞), à â ñèëó îöåíêè (47) òàêæå áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè è, â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè ïåðåõîäÿ ê ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòè,
èìååì, ÷òî vn0 ñõîäèòñÿ ñëàáî ê ôóíêöèè u0 â L2 (0, T ; V 1 ).
Îòñþäà èìååò, ÷òî
Z
Ω
Z
κ
vn0 ϕdx
Z
→
u0 ϕdx ïðè n → ∞;
Ω
∇vn0 : ∇ϕdx → κ
Ω
Z
ZΩ
Z
∇vn : ∇ϕdx → ν
ν
Ω
∇u0 : ∇ϕdx ïðè n → ∞;
∇u : ∇ϕdx ïðè n → ∞.
Ω
Ïî òåîðåìå Îáåíà-Äóáèíñêîãî-Ñèìîíà [21] â ñèëó êîìïàêòíîñòè âëîæåíèé
V 2 ,→ C(Ω)n è V 2 ,→ V 1 (ñì. [22]) èìåþò ìåñòî êîìïàêòíûå âëîæåíèÿ
W = w : w ∈ L∞ (0, T ; V 2 ), w0 ∈ L2 (0, T ; V 1 ) ⊂ C([0, T ], C(Ω)n ),
W = w : w ∈ L∞ (0, T ; V 2 ), w0 ∈ L2 (0, T ; V 1 ) ⊂ C([0, T ], V 1 ).
(48)
(49)
 ñèëó âòîðîãî èç ýòèõ âëîæåíèé è îöåíîê (46) è (47) êàê è ðàíåå, â ñëó÷àå
íåîáõîäèìîñòè ïåðåõîäÿ ê ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ïîëó÷èì, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü {vn } ñõîäèòñÿ ñèëüíî â C([0, T ], V 1 ) ê òîé æå ñàìîé ôóíêöèè u.
Ïîýòîìó
n Z
X
i,j=1 Ω
n Z
X
∂ϕj
∂ϕj
dx →
dx ïðè n → ∞.
(vn )i (vn )j
ui uj
∂xi
∂x
i
i,j=1
Ω
Äàëåå, â ñèëó âëîæåíèÿ (48) ïîëó÷àåì (â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè ïåðåõîäÿ ê
ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòè) ñèëüíóþ ñõîäèìîñòü vn → u â C([0, T ], C(Ω)n )). Îòêóäà è èç óïîìÿíóòîé âûøå ñëàáîé ñõîäèìîñòè vn → u â L2 (0, T ; V 2 ) ïîëó÷èì
44
κ
n Z
X
i,j=1 Ω
n Z
X
∂ϕj
∂ϕj
(vn )i (∆vn )j
dx → κ
ui ∆uj
dx ïðè n → ∞.
∂xi
∂x
i
i,j=1
Ω
Äàëåå, â ñèëó îöåíêè (41) ïîëüçóÿñü òåì, ÷òî ε 6 1 èìååì, ÷òî
2
εn kvn0 kL2 (0,T ;V 3 ) 6 νC2 + C7 C15
+ κC9
2
C13 + 1 + C14 kf kL2 (0,T ;V 0 ) . (50)
κ2
Êàê è ðàíåå, â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè ïåðåõîäÿ ê ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòè,
áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè ìîæåì ñ÷èòàòü, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü {εn vn0 }
ñõîäèòñÿ ñëàáî ê íåêîòîðîé ôóíêöèè w â L2 (0, T ; V 3 ). Íî â ñìûñëå ðàñïðåäåëåíèé íà îòðåçêå [0, T ] ñî çíà÷åíèÿìè â V −3 ýòà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñõîäèòñÿ
ê íóëþ. Äåéñòâèòåëüíî, äëÿ ëþáûõ χ ∈ D(0, T ), ϕ ∈ V 3 , èñïîëüçóÿ ôîðìóëó
èíòåãðèðîâàíèÿ ïî ÷àñòÿì è òîò ôàêò, ÷òî vn0 ñëàáî ñõîäèòñÿ â L2 (0, T ; V 1 ) ê
u0 , è, ñëåäîâàòåëüíî, ñõîäèòñÿ ê u0 è â ñìûñëå ðàñïðåäåëåíèé, ìû ïîëó÷èì
ZT Z
lim εn
∇ (∆vn0 ) : ∇ϕ dxχdt = lim εn
ZT Z
n→∞
n→∞
0
0
Ω
ZT
Z
0
Ω
= lim εn
n→∞
∆vn0 ∆ϕ dxχdt =
Ω
∇(vn0 ) : ∇(∆ϕ) dxχdt =
ZT Z
=
∇(u0 ) : ∇(∆ϕ) dxχdt lim εn = 0.
n→∞
0
Ω
Òàêèì îáðàçîì, â ñèëó åäèíñòâåííîñòè ñëàáîãî ïðåäåëà
Z
εn
∇(∆vε0 n (t)) : ∇ϕdx → 0 ïðè n → ∞.
Ω
Äàëåå, èç ñèëüíîé ñõîäèìîñòè {vn } â C([0, T ], C(Ω)n ) ê ôóíêöèè u ñëåäóåò
ïîòî÷å÷íàÿ ñõîäèìîñòü è, ñëåäîâàòåëüíî, â ñèëó âûáîðà ïîñëåäîâàòåëüíîñòè
íà÷àëüíûõ óñëîâèé {bn }, ïîëó÷àåì, ÷òî ïðåäåëüíàÿ ôóíêöèÿ u(0) = a.
45
Òàêèì îáðàçîì, ïåðåõîäÿ ê ïðåäåëó ïðè n → ∞ â (44), (45), ïîëó÷èì,
÷òî ïðåäåëüíàÿ ôóíêöèÿ u ∈ W è óäîâëåòâîðÿåò èíòåãðàëüíîìó ðàâåíñòâó
(5) è íà÷àëüíîìó óñëîâèþ (6). Òî åñòü ÿâëÿåòñÿ ñëàáûì ðåøåíèåì íà÷àëüíîêðàåâîé çàäà÷è (1)(4).
46
10
Çàêëþ÷åíèå
 çàêëþ÷åíèè ìàãèñòåðñêîé äèññåðòàöèè íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ðàññìàòðèâàåìàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü âïåðâûå áûëà ââåäåíà Â. À. Ïàâëîâñêèì â ðàáîòå [1]. Ñèñòåìà óðàâíåíèé (1)(2) áûëà ïîëó÷åíà èì ïðè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèÿõ ðàñòâîðîâ ïîëèýòèëåíîêñèäà, ïîëèàêðèëàìèäà
è ãóàðîâîé ñìîëû (ñì, íàïðèìåð, [2], [3]). Òàêæå âàæíî îòìåòèòü, ÷òî äàííàÿ ìîäåëü íåçàâèñèìûì îáðàçîì áûëà ïîëó÷åíà êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé ìîäåëè
äâèæåíèÿ æèäêîñòè âòîðîãî ïîðÿäêà (ñì, íàïðèìåð, [4], [5]).
Âïåðâûå íà÷àëüíî-êðàåâàÿ çàäà÷à (1)(4) áûëà ðàññìîòðåíà À. Ï. Îñêîëêîâûì â ðàáîòàõ [6], [7]. Ïîçæå â åãî ðàáîòå [8] èì áûëî çàìå÷åíî, ÷òî äîêàçàòåëüñòâà â [6], [7] ñîäåðæàò ïðîáåëû è ÷òî â îãðàíè÷åííîé îáëàñòè Ω åìó
ìåòîäîì Ãàëåðêèíà-Ôàýäî íå óäàëîñü äîêàçàòü òåîðåìû ñóùåñòâîâàíèÿ ñëàáûõ ðåøåíèé äëÿ äàííîé íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è.  ñâîåé ðàáîòå [9] Î. À.
Ëàäûæåíñêàÿ îòìå÷àåò, ÷òî ìåòîä ââåäåíèÿ âñïîìîãàòåëüíîé âÿçêîñòè, èñïîëüçîâàííûé À. Ï. Îñêîëêîâûì äëÿ èçó÷åíèÿ ýòîé íà÷àëüíî-êðàåâîé çàäà÷è
ÿâëÿåòñÿ îøèáî÷íûì, è âîïðîñ î ñóùåñòâîâàíèè ðåøåíèé çàäà÷è (1)(4) îñòàâàëñÿ îòêðûòûì.
Ïðèìåíåíèå àïïðîêñèìàöèîííî-òîïîëîãè÷åñêîãî ïîäõîäà ê çàäà÷àì ìàòåìàòè÷åñêîé ãèäðîäèíàìèêè ïîçâîëèëî äîêàçàòü òåîðåìó ñóùåñòâîâàíèÿ ñëàáûõ ðåøåíèé äëÿ çàäà÷è (1)(4). Äîêàçàòåëüñòâî ïðîâîäèëîñü â íåñêîëüêî
ýòàïîâ. Íà ïåðâîì ýòàïå ðàññìîòðåíà îïåðàòîðíàÿ òðàêòîâêà çàäà÷è î ñëàáûõ ðåøåíèÿõ â ïîäõîäÿùèõ ôóíêöèîíàëüíûõ ïðîñòðàíñòâàõ. Çàòåì ââåäåíî
îïåðàòîðíîå óðàâíåíèå, àïïðîêñèìèðóþùåå èñõîäíîå. Îíî ïîëó÷àåòñÿ ïóòåì
äîáàâëåíèÿ îïåðàòîðîâ, îáëàäàþùèõ áîëåå ¾õîðîøèìè¿ ñâîéñòâàìè. Íà îñíîâå ýòèõ ¾õîðîøèõ¿ ñâîéñòâ îïåðàòîðîâ, òåîðèè ñòåïåíè Ëåðå-Øàóäåðà è
àïðèîðíûõ îöåíîê ðåøåíèé äîêàçàíà ðàçðåøèìîñòü àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è. Äàëåå íà îñíîâå àïðèîðíûõ îöåíîê ðåøåíèé, íå çàâèñÿùèõ îò ïàðàìåòðà
47
àïïðîêñèìàöèè, ïîêàçàíî, ÷òî èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðåøåíèé àïïðîêñèìàöèîííîé çàäà÷è ìîæíî âûäåëèòü ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòü, ñëàáî ñõîäÿùóþñÿ ê
ðåøåíèþ èñõîäíîé çàäà÷è ïðè ñòðåìëåíèè ïàðàìåòðà àïïðîêñèìàöèè ê íóëþ.
48
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
[1] Ïàâëîâñêèé Â.À. Ê âîïðîñó î òåîðåòè÷åñêîì îïèñàíèè ñëàáûõ âîäíûõ
ðàñòâîðîâ ïîëèìåðîâ / Â.À. Ïàâëîâñêèé // ÄÀÍ ÑÑÑÐ. 1971. 200
(4). Ñ. 809-812.
[2] Òå÷åíèÿ ïîëèìåðíûõ ðàñòâîðîâ ïðè íàëè÷èè êîíâåêòèâíûõ óñêîðåíèé /
Â.Á. Àìôèëîõèåâ [è äð.] // Òð. Ëåíèíãðàäñê. îðäåíà Ëåíèíà êîðàáëåñòðîèòåëüíîãî èíñòèòóòà. 1975. 96. Ñ. 39.
[3] Àìôèëîõèåâ
Â.Á.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå
äàííûå
î
ëàìèíàðíî-
òóðáóëåíòíîì ïåðåõîäå ïðè òå÷åíèè ïîëèìåðíûõ ðàñòâîðîâ â òðóáàõ /
Â.Á. Àìôèëîõèåâ, Â.À. Ïàâëîâñêèé // Òð. Ëåíèíãðàäñê. îðäåíà Ëåíèíà
êîðàáëåñòðîèòåëüíîãî èíñòèòóòà. 1976. 104. Ñ. 35.
[4] Noll W. The nonlinear eld theories of mechanics. In: Handbuch der Physik
(Flugge, S., ed.) / W. Noll, C. Truesdell. Berlin: Springer, 1965. 602 p.
[5] Rivlin R.S. Stress-deformation relations for isotropic materials / R.S. Rivlin,
J.L. Ericksen // Journal of Rational Mechanics and Analysis. 1955. 4.
pp. 323-425.
[6] Îñêîëêîâ À.Ï. Î åäèíñòâåííîñòè è ðàçðåøèìîñòè â öåëîì êðàåâûõ çàäà÷
äëÿ óðàâíåíèé äâèæåíèÿ âîäíûõ ðàñòâîðîâ ïîëèìåðîâ / À.Ï. Îñêîëêîâ
// Çàï. íàó÷. ñåì. ËÎÌÈ. 1973. 38. Ñ. 98-136.
[7] Îñêîëêîâ À.Ï. Î ðàçðåøèìîñòè â öåëîì ïåðâîé êðàåâîé çàäà÷è äëÿ îäíîé êâàçèëèíåéíîé ñèñòåìû 3-ãî ïîðÿäêà, âñòðå÷àþùåéñÿ ïðè èçó÷åíèè
äâèæåíèÿ âÿçêîé æèäêîñòè / À.Ï. Îñêîëêîâ // Çàï. íàó÷í. ñåì. ËÎÌÈ.
1972. 27. Ñ. 145-160.
49
[8] Îñêîëêîâ À.Ï. Î íåêîòîðûõ êâàçèëèíåéíûõ ñèñòåìàõ, âñòðå÷àþùèõñÿ
ïðè èçó÷åíèè äâèæåíèÿ âÿçêèõ æèäêîñòåé / À.Ï. Îñêîëêîâ // Çàï. íàó÷.
ñåì. ËÎÌÈ. 1975 52. Ñ. 128157.
[9] Ëàäûæåíñêàÿ Î.À. Î ïîãðåøíîñòÿõ â äâóõ ìîèõ ïóáëèêàöèÿõ ïî óðàâíåíèÿì ÍàâüåÑòîêñà è èõ èñïðàâëåíèÿõ / Î.À. Ëàäûæåíñêàÿ // Çàï.
íàó÷. ñåì. ÏÎÌÈ. 2000. 271. Ñ. 151-155.
[10] Çâÿãèí Â.Ã. Ìàòåìàòè÷åñêèå âîïðîñû ãèäðîäèíàìèêè âÿçêîóïðóãèõ ñðåä
/ Â.Ã. Çâÿãèí , Ì.Â. Òóðáèí. Ì.:ÊÐÀÑÀÍÄ (URSS), 2012. 416 ñ.
[11] Çâÿãèí Â.Ã. Àïïðîêñèìàöèîííî-òîïîëîãè÷åñêèé ïîäõîä ê èññëåäîâàíèþ
çàäà÷ ãèäðîäèíàìèêè / Â.Ã. Çâÿãèí, Â.Ò. Äìèòðèåíêî. Ì.:Åäèòîðèàë
ÓÐÑÑ, 2004. 112 ñ.
[12] Zvyagin V.G. Topological approximation methods for evolutionary problems
of nonlinearhydrodynamics. / V.G. Zvyagin, D.A. Vorotnikov. Berlin, New
York: Walter de Gruyter, 2008. 230 p.
[13] Çâÿãèí À.Â. Î ðàçðåøèìîñòè ñòàöèîíàðíîé ìîäåëè äâèæåíèÿ ñëàáûõ âîäíûõ ðàñòâîðîâ ïîëèìåðîâ / À.Â. Çâÿãèí // Èçâåñòèÿ âûñøèõ ó÷åáíûõ
çàâåäåíèé. Ìàòåìàòèêà. 2011. 2. Ñ. 103-105.
[14] Çâÿãèí À.Â. Î ðàçðåøèìîñòè îäíîé àëüôà-ìîäåëè äâèæåíèÿ æèäêîñòè ñ
ïàìÿòüþ / À.Â. Çâÿãèí, Â.Ã. Çâÿãèí, Ä.Ì. Ïîëÿêîâ // Èçâåñòèÿ âûñøèõ
ó÷åáíûõ çàâåäåíèé. Ìàòåìàòèêà. 2018. 6. Ñ. 7884.
[15] Tåìàì Ð. Óðàâíåíèÿ Íàâüå-Ñòîêñà. Òåîðèÿ è ÷èñëåííûé àíàëèç / Ð. Tåìàì. Ì.:Ìèð, 1981. 408 ñ.
[16] Ëàäûæåíñêàÿ Î.À. Ìàòåìàòè÷åñêèå âîïðîñû äèíàìèêè âÿçêîé íåñæèìàåìîé æèäêîñòè / Î.À. Ëàäûæåíñêàÿ. Ì.:ÃÈÔÌË, 1961. 288 ñ.
50
[17] Ñîëîííèêîâ Â.À. Îöåíêè òåíçîðîâ Ãðèíà äëÿ íåêîòîðûõ ãðàíè÷íûõ çàäà÷
/ Â.À. Ñîëîííèêîâ // ÄÀÍ ÑÑÑÐ. 1960. 130 (5). Ñ. 988-991.
[18] Âîðîâè÷ È.È. Ñòàöèîíàðíûå òå÷åíèÿ âÿçêîé íåñæèìàåìîé æèäêîñòè. /
È.È. Âîðîâè÷, Â.È. Þäîâè÷ // Ìàòåìàòè÷åñêèé ñáîðíèê. 1961. 53
(4). Ñ. 393-428.
[19] Ãàåâñêèé Õ. Íåëèíåéíûå îïåðàòîðíûå óðàâíåíèÿ è îïåðàòîðíûå äèôôåðåíöèàëüíûå óðàâíåíèÿ / Õ. Ãàåâñêèé, Ê. Ãð¼ãåð, Ê. Çàõàðèàñ. Ì.: Ìèð,
1978. 336 ñ.
[20] Ôóðñèêîâ À.Â. Îïòèìàëüíîå óïðàâëåíèå ðàñïðåäåë¼ííûìè ñèñòåìàìè.
Òåîðèÿ è ïðèëîæåíèÿ / À.Â. Ôóðñèêîâ. Íîâîñèáèðñê: Íàó÷íàÿ êíèãà,
1999. 352 ñ.
[21] Simon J. Compact sets in the space Lp (0, T ; B) / J. Simon // Ann. Mat.
Pura Appl. 1987. 146. Ñ. 65-96.
[22] Ñîáîëåâ Ñ.Ë. Íåêîòîðûå ïðèìåíåíèÿ ôóíêöèîíàëüíîãî àíàëèçà â ìàòåìàòè÷åñêîé ôèçèêå. / Ñ.Ë. Ñîáîëåâ. Ì.:Íàóêà, 1988. 336 ñ.
51
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыви хорошего настроения
удачи
успехов в конкурсе
Наверное было затрачено много времени и труда на работу
Продолжай свое исследование
Админам респект
Красиво написанная работа
Так держать
Молодец
Интересная работа!