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Lane-Emden型方程组的临界指标

批准号:
12101122
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
黄浩川
依托单位:
学科分类:
椭圆与抛物型方程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄浩川

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
临界指标的研究是前沿热点课题。本项目研究椭圆型、抛物型、退化型这三类Lane-Emden方程组,来源天文学、物理学、生物数学等实际问题。第一部分研究椭圆型方程组不存在正解的临界指标,它与Lane-Emden猜测、刘维尔型定理、Sobolev指标等重要问题联系紧密。为了克服高维空间的技术困难,将在球坐标系作解的积分型估计、使用插值不等式与嵌入定理等方法,研究方案优点是空间降低一维,所得结果更优。第二与第三部分,研究抛物型与退化型方程组存在周期解的临界指标,这两类方程组作为数学模型能近似描述周期现象。方程组没有变分结构,难以用Pohozaev恒等式得到解的最大模估计,项目将采用改良的尺度变换、算子半群估计、拓扑度等方法,研究方案优点是去掉两类技术限制条件:凸区域与周期系数的结构条件。预期研究成果能得到解的临界指标、讨论方程组解的适定性与渐近行为,解释数学模型的结果与现实观测现象存在差异的原因。
英文摘要
The study of the critical exponent is a frontier hot topic. This project studies three types of Lane-Emden system, elliptic, parabolic, and degenerate types, which come from practical problems such as astronomy, physics and biological mathematics. The first part studies the nonexistence of positive solutions for the elliptic Lane-Emden system, which is closely related to important problems such as the Lane-Emden conjecture, the Liouville type theorem, and the Sobolev exponent, etc. In order to overcome the technical difficulties in high-dimensional space, the project will perform integral estimation for the solutions in the spherical coordinate system and use interpolation inequalities and embedding theorems, the advantage of this research schemes is that space is reduced by one dimension, and the results obtained are better. In the second and third parts, the project will study the critical exponent of the periodic solutions for parabolic and degenerate systems. These two types of systems can be used as mathematical models to approximately describe periodic phenomena. These systems have no variational structure and are difficult to obtain the maximum modulus estimation for solutions by the Pohozaev type identity. This project will use improved scaling methods, the estimation for operator semigroup, topological degree methods, etc. The advantage of this research scheme is to remove two types of technical restrictions: convex assumption on the domain and structural conditions of periodic coefficients. The research results are expected to obtain the critical exponent of solutions, the research results can be used to discuss the well-posedness of solutions for the systems and the asymptotic behavior of the solutions, explaining the reasons for the difference between the results of mathematical models and the phenomena observed in reality.
本项目主要研究了抛物型、退化型这两类莱恩-埃姆登(Lane-Emden)方程组存在解的临界指标,以及解的渐近行为.这些方程组来源于天文学、物理学、生物数学等实际问题,既有鲜明的物理背景,又有丰富的理论内涵.本项目基本完成了研究计划书中的研究内容,基本达到了预期目标,取得的主要研究成果如下..(1)我们研究含周期系数的退化型莱恩-埃姆登方程组存在解的临界指标.我们提出了一条最优的曲线n/(p+n)+m/(q+m)=(N-2)/N,用以刻画退化型方程组非平凡非负周期解的存在性,并证明这条曲线是方程组存在解的临界曲线.请注意,如果m=n=1,那么上述曲线就变成了索伯列夫双曲线1/(p+1)+1/(q+1)=(N-2)/N,而这条双曲线有望成为著名的Lane-Emden猜想的临界曲线.我们还提出了一条奇异曲线,在这条曲线上,方程组的非平凡非负周期解可能存在,也可能不存在.显然,用于研究标量抛物型方程的常规方法不能直接应用于耦合退化型方程组.此外,指数m,n,p和q之间的复杂关系也使得我们对定理的证明颇具技术性..(2)我们研究抛物型莱恩-埃姆登方程组解的存在性.在临界曲线索伯列夫双曲线及该曲线上方,即1/(p+1)+1/(q+1)>=(N-2)/N,我们得到了初值的最优衰减率,用于刻画方程组解的整体存在性与解在有限时刻爆破.我们的结果可视为文献关于p=q这一特殊情形下相关工作的推广.关于解的渐近行为,我们证明了解的时间衰减率恰好是初值空间衰减率的一半.此外,众所周知,如果pq=1,该方程组存在整体解.但是,我们将证明在此情形下,当时间趋于无穷时,实际上解是以e^{t}的速率增长的..(3)我们研究抛物型莱恩-埃姆登方程组解的渐近行为.我们的论证基于上下解方法,该方法不同于先前文献中的算子半群方法与不动点定理.值得一提的是,我们对初值没有附加可积性限制,因此初值的衰减率指标可以选为莱恩-埃姆登方程组的“尺度变换不变指标”.
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