Coll-FunkAn(24-11-14) (1)
.pdfОпределение 4.1 Пусть s R . Пространство |
|
|
|
Hs = Hs(Rn) состоит из тех |
|
u S′ = S′(Rn) , äëÿ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
которых конечна норма |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u s = ξ s · u(ξ) L2(Rn), |
ξ = 1 + |ξ|, |
|
u = F u. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.2) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Задача 4.2 Проверить, что |
S |
Hα |
|
|
|
|
Hβ |
S′ |
, åñëè α > β , причем операторы вложения непрерыв- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
ны, а вкладываемые пространства плотны в объемлющих. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Задача 4.3 * Осознать (т.е. уметь объяснить) каждое высказывание в доказательстве нижеследу- |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ющей теоремы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Теорема 4.1 (вложения Соболева) |
|
|
. Åñëè s > n/2+m , то справедливо вложение Hs(Rn) Cbm(Rn) , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
причем существует C < ∞ , ÷òî |
|
|
|
|
|
|
u (m) ≤ C u s u Hs, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.3) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ãäå |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u (m) = |
|
|
|
|
|
|
|
sup |
∂αu(x) |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|≤ |
m x Rn | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Надо доказать: u Hs(Rn) v Cbm(Rn), v = u п.в., причем |
v (m) ≤ C u s . Достаточно |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
доказать для m = 0 . Из неравенства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ξ −2sdξ)1/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|u(ξ)| = ∫ |
|
u(ξ) ξ s · ξ −se◦ıxξdξ ≤ u s (∫ |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ãäå |
u |
|
(R) |
, следует оценка (20.3) |
. Åñëè |
u |
|
|
|
H |
s |
, un |
|
|
|
è |
|
|
|
|
un |
|
|
u |
|
s |
|
|
0 |
, òî â ñèëó (20.3) |
|
|
|
|
v |
|
|
C |
0 , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
→ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
÷òî un − v (0) → 0 è |
v (0) ≤ C u s . Ò.ê. u − v L2(Ω) ≤ CΩ( u − un s + un − v (0)) → 0 , òî |
|
u = v |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ï.â. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Задача 4.4 * Пусть u(x) = φ(x) ln |
|
ln |
|
x |
|
, ãäå x R2 , à φ C0∞(R2) , причем φ(x) = 1 ïðè |x| < 1/3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
è φ(x) = 0 ïðè |
|
x > 2/3 . Показать,| |
|
÷òî| |
|
u |
|
|
|
H1 |
(R2) . Тем самым, |
Hn/2(Rn) |
не вкладывается в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C(Rn) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
| | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Задача 4.5 Проверить, что |
δ Hs(Rn) |
ïðè s < −n/2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Задача 4.6 * Осознать (т.е. уметь объяснить) каждое высказывание в доказательстве нижеследу- |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ющей теоремы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Теорема 4.2 (Соболева о следаx) |
|
Пусть |
|
s > 1/2 . Тогда для любой (вообще говоря, разрывной) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
функции u Hs(Rn) определен след |
|
γu Hs−1/2(Rn−1) , который в случае непрерывности функции |
u |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
совпадает с ограничением u xn=0 |
|
функции u íà |
гиперповерхность |
xn = 0 |
. Ïðè ýòîì |
C < |
∞ |
, ÷òî |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
u H |
s |
(R |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
γu s′ −1/2 ≤ C u s |
|
|
|
|
|
), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.4) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ãäå · σ′ |
норма пространства |
|
Hσ(Rn−1) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Пусть x = (x′, xn) Rn−1 × R . Äëÿ u S(Rn) |
|
имеем: u(x′, 0) = |
|
|
|
|
◦ |
|
ξ′ |
R u(ξ′, ξn)dξn |
|
dξ′ |
. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Rn−1 eıx′ |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поэтому ( |
|
γu |
s′ |
|
|
1/2)2 = |
Rn−1 |
|
ξ′ |
2s−1 |
|
|
|
|
|
R u(ξ′, ξn)dξn |
|
2 dξ′ . Далее, |
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
] |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
∫ |
|
e |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2s |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
dξn , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u(ξ′, ξn)dξn |
|
|
≤ A(ξ′) ∫ ξ |
|
|
|u(ξ)| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ãäå |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2s |
|
|
|
|
|
|
|
s+1/2 |
, à |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 s |
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
ïðè |
|
|
|
|
|
; ( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 1/2 ). |
|||||||||||||||||||||||
A(ξ′) = |
|
|
ξ |
|
− |
|
dξn |
|
Cs |
ξ′ |
− |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s > 1/2 |
z = ξn(1 + |
|
|
ξ′ |
|
|
)− |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
≤ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cs = C (1 + z )− dz < |
∞ |
|
|
|
|
|
|
| |
| |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hs( |
R |
n) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Поэтому |
|
γu |
|
|
|
|
|
|
C |
|
u |
s |
äëÿ |
|
u |
S |
. Åñëè |
|
u |
|
|
|
|
|
è |
|
lim |
|
u |
|
|
u |
|
|
= 0 , ãäå u |
|
|
|
|
S |
, òî |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∫ |
s′ −1/2 ≤ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
|
n − s |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
w Hs−1/2(Rn−1) , ÷òî |
γun − w s′ −1/2 |
|
→ 0 ; ïðè ýòîì |
w не зависит от выбора последовательности |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
{un} . По определению |
γu = w ; при этом справедлива оценка (4.4). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Определение 4.2 Оператор |
|
P = PΩ : |
S |
′( |
R |
n) |
|
f |
|
|
P f |
S |
′ |
(Ω) , ãäå |
Ω область в |
|
n , à |
|
|
|
P f, φ |
. |
= |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7→ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
f, φ φ C0∞(Ω) , называется оператором сужения на область |
|
Ω распределений, заданных в |
|
Rn |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11
Определение 4.3 Обозначим через |
|
Hs(Ω) пространство PΩHs(Rn) , снабженное нормой |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
f s,Ω = inf Lf s, f Hs(Ω), |
|
|
|
|
(4.5) |
||||||||
где нижняя грань берется по всем продолжениям |
Lf Hs(Rn) функции f Hs(Ω) |
(ò.å. PΩLf = f ). |
||||||||||||||||||
Если из контекста ясно, что речь идет о функции |
f Hs(Ω) , то наряду с f s,Ω будем писать f s . |
|||||||||||||||||||
Определение 4.4 Пространство |
Hs(Γ) , ãäå |
Γ = ∂Ω гладкая граница области |
Ω b Rn , åñòü ïî- |
|||||||||||||||||
полнение пространства |
C∞(Γ) по норме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ s,′ |
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Γ = |
φkρ s′ . |
|
|
|
|
(4.6) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
|
|
Здесь · s′ норма пространства |
Hs(Rn−1), |
K |
φk ≡ 1 разбиение единицы, подчиненное конечному |
|||||||||||||||||
k=1 |
||||||||||||||||||||
покрытию |
K |
|
, ãäå |
Γk = Ωk∩Γ |
, à |
Ωk |
∑ |
-мерная область, в которой не пересекаются норма- |
|
|||||||||||
k=1 Γk = Γ |
|
|
|
n |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|||||||||
ëè ê |
Γ |
. Далее, функция |
φkρ C0∞(R |
n |
1 |
) |
определяется по формуле: |
|
|
(y′)) |
, |
|||||||||
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
(φkρ)(y′) = φk(σk− |
(y′))·ρ(σk− |
|
||||||||
ãäå σk |
диффеоморфизм Rn , (аффинный вне некоторого шара и) распрямляющий |
Γk . Это означа- |
||||||||||||||||||
åò, ÷òî äëÿ |
x Ωk n -ÿ координата |
yn = yn(x) точки y = (y′, yn) = σk(x) равна координате этой |
||||||||||||||||||
точки на внутренней нормали к |
Γ . Если из контекста ясно, что речь идет о функции |
ρ Hs(Γ) , |
||||||||||||||||||
то наряду с |
ρ s,′ |
Γ будем писать также ρ s′ . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Замечание 4.1 Можно показать, что определение 4.4 пространства Hs(Γ) корректно, т.е. не за-
висит от выбора покрытия, разбиения единицы и диффеоморфизмов σk . |
|
|
|||||
до непрерывного оператора γ : Hs(Ω) |
→ |
Hs−1/2(Γ) . |
C(Ω) ∩ H (Ω) u 7→u Γ C(Γ) |
|
|||
|
|
|
|
s |
|
|
|
Задача 4.7 Пусть s > 1/2 . Показать, что оператор |
|
|
|
|
продолжается |
||
Замечание 4.2 Функция γu Hs−1/2(Γ) , ãäå s > 1/2 , называется граничным значением функции u Hs(Ω) . Сравнительно нетрудно показать, что Hs−1/2(Γ) , ãäå s > 1/2 , является пространством граничных значений функций из Hs(Ω) . Условие s > 1/2 существенно, как показывает пример функции u H1/2(R+) , определ¼нной в задаче 4.4.
Теорема Арцела8 утверждает, что если семейство {f} функций f C(Ω) , заданных в Ω b Rn , равномерно ограниченно ( f ≤ M < ∞ ) и равностепенно непрерывно ( ε > 0 δ > 0 , такое, что |f(x) − f(y)| < ε f , åñëè |x − y| < δ ), то из этого семейство {f} можно выбрать сходящуюся в C(Ω) подпоследовательность.
Задача 4.8 Показать, что семейство {fn} функций fn C1(Ω) равностепенно непрерывно, если равномерно ограниченны производные функций этого семейства.
Задача 4.9 Показать, что все условия теоремы Арцела (ограниченность области Ω , равномерная
ограниченность и равностепенная непрерывность семейства функций существенна для справедливости теоремы.
С помощью теоремы Арцела можно доказать, что справедлива
Теорема 4.3 (о компактности вложения) Пусть Ω b Rn , а последовательность {un} функций
un Hs(Ω) (соотв. un Hs(∂Ω) ) такова, что un s ≤ 1 (соотв. un ′s ≤ 1 ). Тогда из этой последовательности можно выбрать подпоследовательность, сходящуюся в Ht(Ω) (соотв. в Ht(∂Ω) ), åñëè
t < s .
8Чезаре Арцела (1847 - 1912) - итальянский математик. Основные сферы деятельности: алгебра, теория функций, математическая физика.
12
Ÿ 5 Псевдодифференциальные операторы. Эллиптические задачи (основные факты)
Класс ПДО шире класса дифференциальных операторов. Он включает в себя операторы вида
∫
|
|
Au(x) = |
Ω K(x, x − y)u(y)dy, u C0∞(Ω). |
∑ |
|
|
. Еще одним примером ПДО являются сингулярные |
||
Здесь K S′(Ω × Rn) , причем K C∞(Ω × (Rn\0)) . Åñëè K(x, x − y) = |
aα(x) · δ(α)(x − y) , òî |
|||
|
α |
|
|α|≤m |
|
|
|
|
интегральные операторы. |
|
Au(x) = |
∑ aα(x)∂ u(x) |
|
|
|
|
|
|
||
|α|≤m
Однако даже не конкретные важные примеры определяют то исключительное место в современной математической физике, которое занимает (оформившаяся в середине 60-х годов теория ПДО. Дело в том, что ПДО являются мощным и удобным средством изучения линейных дифференциальных операторов (в первую очередь, эллиптических).
Прежде чем привести соответствующие определения и результаты, поясним вкратце на простом примере основную идею, лежащую в основе применения ПДО. Рассмотрим в Rn эллиптическое диф-
ференциальное уравнение с постоянными коэффициентами |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
| |
∑ |
aαDαu = f. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
a(D)u ≡ |
|
|
|
|
(5.1) |
|||||
|
|
|
|
|
|
α|≤m |
|
|
|
|
|
|
|
|
Эллиптичность означает, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
am(ξ) ≡ |
aαξα ̸= 0 |
ïðè |
|ξ| ̸= 0. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
=m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|α∑| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это эквивалентно условию |
|
|
|
|
aαξα |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a(ξ) |
|
|
C ξ m |
ïðè |
ξ M |
1. |
|
|
(5.2) |
||||
|
|
|
| ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | ≡ |
α m |
≥ | | |
|
| | ≥ |
|
|
|
|
|
|||||
Докажем следующий результат |
о гладкости |
решений уравнения (5.1). Если u |
|
Hs−1 |
è a(D)u |
|
||||||||
Hs−m при некотором s , òî u Hs . Для доказательства |
этого факта достаточно |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|≤ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
всего навсего заме- |
|||
тить два момента. Во-первых, учитывая(5.2), можно вырезать особенность функции |
1/a с помощью |
||
множителя ρ C∞ , такого, что ρ ≡ 1 ïðè |ξ| ≥ M + 1, ρ ≡ 0 ïðè |ξ| ≤ M . Во-вторых, |
|||
(F−1(ρ/a)F)(F−1aF)u = u + (F−1τF)u, ãäå τ = ρ |
− |
1. |
(5.3) |
|
|
|
|
Поэтому ввиду очевидных неравенств |
|
|
|
|ρ(ξ)/a(ξ)| ≤ C(1 + |ξ|)−m, |τ(ξ)| ≤ CN (1 + |ξ|)−N N ≥ 1, |
(5.4) |
||
влекущих за собой неравенства |
|
|
|
(F−1(ρ/a)F)f s ≤ C f s−m, (F−1τF)u s ≤ C u s−N , |
(5.5) |
||
имеем в итоге так называемую априорную оценку |
|
|
|
u s ≤ C ( f s−m + u s−1) , f = a(D)u, u Hs, |
|
(5.6) |
|
ãäå C не зависит от u . Из (5.6) следует указанный выше результат о гладкости решений эллиптического
уравнения (5.1). Название априорная для оценки (5.6) решения уравнения (5.1) связано с тем, что она (может быть) установлена до выяснения вопроса о разрешимости уравнения (5.1), т.е. a priori.
Простота приведенного вывода априорной оценки (5.6) достаточно ярко характеризует роль операторов вида F−1aF . Такие операторы называются псевдодифференциальными , построенными по символу
a = a(ξ) . Мы будем их обозначать также через Op(a(ξ)) |
èëè a(D) . В зависимости от класса симво- |
|||||||
|
aα(x)Dx u(x) . Åñëè a(x, ξ) функция, положительно |
∑ |
|
ξ , ò.å. a(x, tξ) = |
||||
лов получается тот или иной класс ПДО. Если a(x, ξ) = |
aα(x)ξα , òî a(x, D)u(x) = Op(a(x, ξ))u(x) = |
|||||||
|
α |
|
|
|
|
однородная нулевого порядка по |
|
|
a(x, ξ) äëÿ |
t > 0 |
, òî |
a(x, D) = Op(a(x, ξ)) |
это сингулярный интегральный оператор. |
|
|||
∑ |
|
|
|
|
|
|
||
Задача 5.1 Пусть a(ξ) = a+θ+(ξ)+a−θ−(ξ) , ãäå θ+ функция Хевисайда, а θ− = 1−θ+ . Проверить, опираясь на формулу (3.8), что
Op(a(x, ξ))u = |
a+ + a− |
u(x) + |
i |
v.p. |
∫ |
a+ − a− |
u(y)dy . |
|
2π |
||||||||
|
2 |
|
|
x − y |
||||
13
