第33卷第1期 Vo1.33 No.1
2012年1月 Jan.2012
井冈山大学学报(自然科学版)
Journal of Jinggangshan University(Natural Science) 18
文章编号:1674.8085(2012)01—0018—05
一
类奇异边值问题正解的存在性和多重性
王珍,朱少平
(井冈山大学数理学院,江两,吉安343009)
摘要:运用Krasnoelskii锥拉伸与压缩不动点定理讨论了当a在t-=0,1及厂在u=0处可以是奇异的一类奇异边值
问题的正解的存在性和多重性。
关键词:边值问题;奇异;正解;锥;不动点定理
中图分类号:O175 文献标识码:A DOI:10.3969 ̄.issn.1674—8085.2012.01.005
THE EXISTENCE AND MUI IPLICITY oF PoSITIVE SoLUTIoNS FoR A
CLASS oF SINGULAR BoUNDARY VALUE PRoBLEM
WANG Zhen,ZHU Shao—ping
(School of Mathematics and Physics,Jinggangshan University,Ji’all,Jiangxi 343009,China)
Abstract:Based on the Krasnoselskii’S fixed point theorem of cone expansion—compression type,we discuss the
existence and multiplicity of positive solutions for a class of singular boundary value problem.
Key words:boundary value problem;singular;positive solution;cone;fixed point theorem
研究了三阶非线性微分方程两点边值问题
0 引言
微分方程奇异边值问题是微分方程的一个重
要领域,各种自然科学也提出了大量的微分方程奇
异边值问题,如在大气对流、天体演变及流体力学
等方面都有着广泛的背景,其正解具有明显的物理
意义。三阶微分方程的奇异边值问题在应用数学和
Um(f)+ ( (f), (f))=0, 0<f<1.
7 ̄u(0)=), “ (0)=73u(1)+Y (1)=0,b/"(0)=0,
(2)
解的存在性,其中f∈c(【0,1]×Rz,R),),1,Y2,),3,
,
0是常数。
受上述研究工作的启发,我们研究边值问题
物理学中具有, 泛的应用,人们在此方面做出了众
多的研究工作,如文献[1.5]等。
姚庆六I6】采用Leray-Schauder非线性抉择研究
了奇异非线性三阶两点边值问题
甜 (f)= (f) ( (f)),0<t<1,
u(o)= 甜(叩), (叩)=0, (1)=0, (3)
L /
其中, ∈(0,1),叩∈l 1,1 l是常数,口在t=0,1及厂
在 =O友h可以是奇异的。
(f)+ (f, ( ),甜 (f),甜 (f))=0,0<f<1,
(0)= (0)=甜 (1)=0, (1)
的解的存在性,其中/(t,甜,v,W):(o,1)× 是
连续的,且允许它在 0, =1处奇异.
1主要引理和定理
Bai J运用Schauder不动点定理与上下解方法
令Banach空间E=c[0,1],赋予其范数
收稿[J期:2011—1卜24;修改日期:2叭2—0l l0
作者简介: 王 ̄(1984一),江西遂川人,助教,硕士,士要从事微分方程边值问题研究(E—mail:superyezi1127@163.com)
朱少平(1981一),湖北仙桃人,讲师,硕士,主要从事概率统计教学与研究(E—mail:aping7132@163.com).
井冈山大学学报(自然科学版) 19
=m a x
。
l (f)I。我们定义
(叩)= 1 (77一 ) ( ) +2却+ ,
再由 (0): (77), (叩)=o, (1)=0,可得
=一
{ ∈E: (f)≥0, m [0inIl】 (f) II I}’
显然K c E是锥。
对U∈K,我们定义
1 1 ( )us,
(f)=J:G( ( )厂( ( )) ,f∈[0,l】, (1.1)
=叩 ( ) 一 (叼一 ) ( ) ,
g( ) n 件 ∈[0,1],
首先给出下列假设
(A1)口:(0,1)--->[0,+o。)连续,a(t)Tf ̄恒等于0;
(A2) :(0,+∞) [o,+。())连续,且有
li m su p
q
』1g( )口( )厂( ( ))d :0,
):[0, 小 是E中的有
界开子集,_ ̄OeQ, c ;
(A3)o<』 口( )g( )us<懈。
引理1.1令0<仃<1,h∈c[o,1】,则边值问题
(f): ,o<f<l, 1
(0)=au(r1), (77)=0, (1):0,
有唯一解 (f)= G(f, ( ) ,其中
,
s<min{ };
一一 ‘+ +— —— 1 , 叩;77:
一
斛 ,t—S
G(t, 1=
2 2f一 l
;
1
一一 ‘+叼 + 2,s>_max 叼, j‘
一一
fz+77f+ 翌 max{叼,f).
为格林凼数。
证明由 (,)= (f),0<t<1,可以得到
(f)= ( ) ( ) +At2+Bt+c,
u(O1=C,
(1)= 厅( ) +2A,
" ): 1 J'
o
"(0- ) (s)出+却 +BU+C,
c= 肌) 一 )出,
因此,边值问题(1.3)有唯一解
(,) 圭 ( — ) ( ) 一12 t ( )出+御 ( )cb一
,r( ) ( ) + )凼一
) ( )us:
一、l, _
叫 ) 凼
/f●I、,,
厅 0
f
、l, +
出 一2
十
/,●●●
一/ 一『『b
t
( ¥ 2 ) + 1 r2
J02
0772
州 ∥
I
J。—2(1—-o-
zzI l) +
t2_ts+rls_ ̄ (77
72
z
—一
J
:
l )
希 一、●
山I 2
叩
\
G( ) (
(1.5)
引理l・2 若0< <l, ≤叼<l,g(s)
min{ ,77 )’ 则格林函数满足
g( ) G(t, ) g( ),,, ∈[0,1]。
证明当 min{t,叩}时,结论显然成立。
现证当t S ”的情形,由式(1.4)可知
G( )一l
2t2+ts+
+ g )(㈤ 1.6)
=
20 井冈山大学学报(自然科学版)
咖)=÷ …丽O-S2≥ ( )
(1.7)
当77 t时,由式(1.4)有
): t2--ts+7t ̄‘
)… q2+
( 一77)(s+7-2t)+ 丽772
南 g( ) ‘L8
并且
): t2--ts+tit 037 2
(s-7/)+
+ )…丽o-72≥ (
(1.9)
max{7,tl 时,由式(1.4)知
G( ):It+7t- ̄
or72 芋+ 0"7/ 2 g( )
、
(1.1O)
且
G( )=2
t2+7t。 or /2
≥
2
一 ‘+‘ + 2 丽 0gI( )
t
一
(1.11)
综上所述,Eh ̄(1.6)一(1.11) ̄t
g( ) G(f, ) g( ),(f, )∈【o,1]×【0,1]
(1.12)
证毕。
引理1.3(锥拉伸与压缩不动点定理)设E是
Banach空间,KcE是一个锥,Q, 都是E中的
有界开子集,使得0∈Q, c ,又设 :K 是
全连续算子,如果下列条件之一满足
(1)I{ lI-<Il u Il, ∈ n池,且Ic Tu cI--II u li,
∈KN ;或者
(2)l1 ∈KNc ̄Q,且ll lI--I ,
∈KNoP ̄N T在 nf /q)中至少有一个不动
点。
定理1.1假设条件(A1),(A2),(A3)满足,
则T: /Q 是全连续的。
证明由“∈ /Q 及条件(A3),引理1.2和
式(1.1),显然有TK c K。
对 2,设
l
inf
0 t<一;
.
t<s<t
( ),
n
(f): 口(f),
f≤ :
(1・ 3)
,z n
口( ),
n-
1
——
< 1.
,
n
则 :[0,1] 【0,+。。)连续, ( ) 口( ),te(o,1)
令( )(f)= G(f, ( )/( ( )) ,f∈【0,1】,与
前面的证明相似,可证 : /Q K是全连续的。
设
0≤ < ,
m
):
{I ,
o-
( ),
s≥一.
L
m
I1.1
则
fm:【0,+o。) 【0,+∞)连续, ( )≤ ( ), ∈(0,+o。)。
令 .
( )(f)= G(,, ( ) ( ( )) ,te[0,11。
f1.15)
易知 : /Q。 K是全连续算子。注意到式
(1.13),(1.14)及条件(A2)得
甜~
lim sup
…
G( ( )( ( ))一 (z,( )))
衄
g( ( )( ( ))一 ( ( ))) =
…
lim sup ) ( ( ))一 (
sup g)a(s ( 。。’
井冈山大学学报(自然科学版) 21
所以, : /Q --)K是全连续的,注意到
n n
f 时an( ):口(f),类似可证
nlim 一 ll=0, (1.17)
---
}oO
“∈ /Q.” “
因此,T: /Q 是全连续的算子。证毕。
2主要结果及证明
为万使起见,我们先定义卜回的一些符号
ifm
f (u)li m f (u)
, =
.
,
+
c 哿蹄J:G( )口( ) ,
D 毋蹄J:G( )口( ) ,
故有0<D C<∞。
定理2.1假设条件(A1),(A2)满足,且存在
两正数MI≠M2,使
(B1)厂( ) - U,v ∈[o, 】;‘
(B2) ) M2
,
V ∈【 , ],
则边值问题(3)至少有一个正解 ∈K,且
min{M1,M2) IlulI≤max{M1, )。
证明不失一般性,假设 < ,令
=
{甜∈E: lI< ), ={ ∈E: ll< ),由
(B1)知,对任意 ∈KN ,有
=m
f∈【a0’x1] G( ( ) ( )) ≤
m
ax G( , )M
1 ds= = II
,
乙
所以
l lI<Ilull, ∈露n (2.1)
另外,由(B2)知,对任意 ∈ n ,有
^ ≤u(s) ^ , 1
故
I1 ̄11=m
a x
f ̄G( ( )/(甜( ))
』 G( ) ( )) ≥
f G( ( ) M2 = I,
所以
lIr.II Ilull, ∈ na , (2.2)
应用引理1.2中的(1)及式(2.1),(2.2)知,T
在 n( I Q1中有一个不动点 ,且 为边值问题
(3)的正解。证毕。
推论2.1假设条件
c f0=O ̄1 ;
4 ∈
( ),
满足,则边值问题(3)至少有一个正解。
证明由(B3)可设s: 一 ,>0,则存在足
够小的M1>0.使
1
 ̄al-l-E=一
,
U C
∈[0, ], (2.3)
即满足定理2.1中条件(B1).
由(B4)可设s =卢 一—1 >0,则存在足够大
GU
的 >0,使
1
=
,
∈[ ,佃],(2.4)
毗当 ∈[ , ]时,f(u) ( _D) D ,
即满足定理2.1中条件(B2)。
由定理2.1知,边值问题(3)至少有一个正解。证毕。
推论2.2假设条件
5 fo=a2 ̄(去 );
(B6) ∈卜
满足,则边值问题(3)至少有一个正解。
证明由(B5)可设£: 一 0,则存在
GD
足够小的 >0,使
一
s= …[ 一] ,
因此,当 ∈[o-ME,M2】时,有
S(u) ( D)~ D~ME, (2.5)
即满足定理2.1中条件(B2)。
再考虑(B6),可设s= 1
一
/3:>。,则存在足
够大的 >M2>0,使
…
吉乙 一 [ ,+。。)
以下分两种情沉考虑
井冈山大学学报(自然科学版)
(i)假设/无界;
够小的正数 ∈【0, ],使得
厂(甜)<c~M1,0<“<M1, (2.1o)
> ,使得
因f∈c((0,1),(0,佃)),则有 >P。使
厂( ) S(M ), ∈(o,M】。
由于M1> ,则
由(B6)及推论2.2的证明知,存在足够大的正数
厂( )≤/( )< , ∈【0, 】, (2.6)
f(u)<C ,0< < , (2.11)
即满足定理2.1中条件(B1)。
(ii)假设
.
厂有界,则
f(u) L,U∈(0,+o0),
取足够大的 >LC,由上式知
f(u) L C ^ , ∈(0,^ ), (2.7)
即满足定理2.1中条件(B1)。
因此,由定理2.1知推论2.2得证。证毕。
推论2.3假设条件(B1),(B4)和(B5)成
立,’则边值问题(3)至少有两个正解UI ̄H2且
Ⅲ 嘲 嘲
0 IUlI<M llu21l。
证明由(B4)及推论2.1的证明知,存在足够
大的正数 > ,使得
f(u)>D ,甜∈[ , 】, (2.8)
鉴于(B5)以及推论2.2的证明知,存在足够小的
正数 ∈[0, 】,使得
f(u)>D一 , ∈I , l (2.9)
由(B1)及定理2.1知,边值问题(3)至少有两个
正解甜1,U2,且
M2 < 1,/1<M1≤I//2I<
证毕。
推论2.4假设条件(B2),(B3)和(B6)成
立,则边值问题(3)至少有两个正解 ,, ,,且
0 i< lIn『I。
证明由(B3)以及推论2.1的证明知,存在足
由(B2)及定理2.1知边值问题(3)至少有两个正解
l,甜2,且满足
Ml之 InI<M IU II<
证毕。
参考文献
Sun Y P Positive solutions of singular third.order
three‘point boundary value problems[J].Math.Ana1.App 1.,
2005(306):589—603.
nAderson D R.Green's function for a third.order
generalized right focal problem[J].Math.nAa1.App 1.,
2003(288):1-1 4.
nAderson D R,Davis J M.Multiple solutions and
eigenvalues for three-order fight focal boundary value
problems[J].Math.nAa1.App1.,2002(267):135.157.
Feng Y Liu S.Solvability of a third—order two.point
boundary value problem[J].Ap1.Math.Lett.,2005(1 8):
1034 1040.
Li S.Positive solutions of nonlinear singular third.order
two-point boundary value problem[J].Math.nAa1.App1.,
2006(323):413-425.
Yao Qingliu.An Existence Theorem of Solution for a
Singular Third—order Two-point Boundary Value
Problem[J].Chin.Quart.J.Math.,2008(23):6 1.66.
Bai Zhanbing.Existence of Solutions for Some
Third—Order Boundary-Value Problem[J].Electionic
Journal ofDiferential Equations,2008(25):1-6.
本文发布于:2023-10-30 17:12:30,感谢您对本站的认可!
本文链接:https://www.wtabcd.cn/zhishi/a/1698657151201236.html
版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。
本文word下载地址:一类奇异边值问题正解的存在性和多重性.doc
本文 PDF 下载地址:一类奇异边值问题正解的存在性和多重性.pdf
留言与评论(共有 0 条评论) |