一类奇异边值问题正解的存在性和多重性

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一类奇异边值问题正解的存在性和多重性
2023年10月30日发(作者:聘用协议书)

第33卷第1期 Vo1.33 No.

2012年1月 Jan.2012

井冈山大学学报(自然科学版)

Journal of Jinggangshan Universiy(Natural Science) 18

文章编号:1674.8085(2012)01—0018—05

类奇异边值问题正解的存在性和多重性

珍,朱少平

(井冈山大学数理学院,江两,吉安343009)

要:运用Krasnoelkii锥拉伸与压缩不动点定理讨论了当a在t0,1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 ̄.n.1674—8085.2012.01.005

THE EXISTENCE AND MUI IPLICITY oF PoSITIVE SoLUTIoNS FoR

CLASS oF SINGULAR BoUNDARY VALUE PRoBLEM

WANG Zhen,ZHU Shao—ping

School of Mathematics and Physics,Jinggangshan Universiy,Ji’al,Jiangxi 343009,China)

Abstract:Based on he Krasnoselskixed point heorem of cone expansion—compression type,we discuss the

existence and mulplciof posive solutons or class of singular boundarvalue problem.

Key words:boundar value problem;singular;posive soluton;cone;fxed point heorem

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(+ ()=0 0<f<1

u()=) 0)=7u(+Y)=0,b0)=0,

2)

解的存在性,其中f∈c(0,×RzR),),Y,)

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I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

)=0<t<1,

u(o)= 甜(叩)叩)=0, )=0,

其中, ∈(叩∈l 是常数,口在t1及厂

在 =O友h可以是奇异的。

=0,0<f<1

(0)= (0)=甜 (1)=0,

的解的存在性,其中/(甜,v,W):o,)×

连续的,且允许它在 0, =1处奇异.

主要引理和定理

Bai运用Schauder不动点定理与上下解方法

令Bah空间E=c[],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: ̄(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—maisuperyezi1127@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

)I。我们定义

叩)= 7一 +2却+ ,

再由 (0): (),叩)=o,)=0,可得

∈E:≥0

显然K c E是锥。

对U∈K,我们定义

s,

=JG( 厂( ∈[

=叩 一 (叼一 )

g( 件 ∈[],

首先给出下列假设

A1)口:)-连续,a恒等于0;

A2)0,+∞)o,+。)连续,且有

m su

小 是E中

界开子集,_ ̄OeQ,

A3)o<』 口( g( s<懈。

引理11令0<仃<1,h∈c[】,则边值问题

): ,o<f<l

0)=au( )=0):0,

有唯一解 (= G( ,其中

s<min{

一一 ‘+ +— —— 叩;7:

,t—S

G( 1=

2f一 l

一一 ‘+叼 + s>_max 叼, j‘

z+7+ 翌 max{叼,).

为格林凼数。

证明由 (,)= (f),0<t<1,可以得到

)= +At2+Bt+c,

u(O1=C,

)= 厅( +2A,

"(0- )s)出+却 +BU+C,

c= 肌) 出,

因此,边值问题(1.3)有唯一解

出+

r( 凼一

s:

一、l, _

叫 )

/f●I、,,

、l,

一2

/,●●●

一『『b

02

0772

。—

zI

t2_ts+rls_ 77

72

山I

G(

(1.5)

引理l2 若0< <l, ≤叼<l,g(s)

mi )’ 则格林函数满足

g( G( g( ∈[]。

证明当 min{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+

20 井冈山大学学报(自然科学版)

咖)÷ …丽O2≥

(1.7)

当7 t时,由式(1.4)有

): t2-s+7t

… q2

一7s+7-2+ 丽7

南 g

并且

): t2-s+t 03

s-7)+

…丽o2≥

(1.9)

max{7, 时,由式(14)知

G( ):It+7t

芋+

(1.1O)

G( )=2

t2+7t。 or

一 ‘+‘ 2 丽 0gI

(1.11)

综上所述,Eh ̄(16)1.11 ̄t

g( G( g( ),( )∈【×【0,

(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 :

全连续算子,如果下列条件之一满足

(1)I ∈ n池,且I Tu

∈KN ;或者

(2)l ∈KNcQ,且l

∈KNoP ̄N T在 nfq)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

(1.1),显然有TK K。

2,设

nf

0 t<一;

t<s<t

),

f): 口(),

f≤

(1・ 3)

,z

口(

n-

1.

则 :+。连续, 口( te(

令()= G(/(f∈【】,与

前面的证明相似,可证 : /Q K是全连续的。

0≤ <

):

o-

),

s≥一

I1.1

fm:0,+o0,+∞)连续, )≤ ( ∈(0,+o)。

)= G( ,te[1。

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~

m sup

G(

g(

m s

p g)a( 。。’

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

时an ):口(),类似可证

=0,

--

}oO

“∈ /Q.”

因此,T: /Q 是全连续的算子。证毕。

主要结果及证明

为万使起见,我们先定义卜回的一些符号

u) u)

c 哿蹄JG(口(

D 毋蹄JG(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(,v ∈[o, 】;‘

B2) M2

V ∈【 ],

则边值问题(3)至少有一个正解 ∈K,

min{M1M2≤max{M1 )。

证明不失一般性,假设 ,令

甜∈E: ={ ∈E: ),由

(B1)知,对任意 ∈KN ,有

G(

G( )M

s= = I

所以

<I ∈露n 2.

另外,由(B2)知,对任意 ∈ n ,有

^ ≤u(s)

 ̄1=m

G( /(

G(

G( M2

所以

r.I na

应用引理1.2中的(1)及式(2.1),(2.2)知,T

在 n( 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

f0=O ̄

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

 ̄al-lE=一

∈[0, 2.

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

>0,使

∈[ 佃],(2.

当 ∈[ ]时,f(u) _

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

去 )

满足,则边值问题(3)至少有一个正解。

证明(B5)可设£: 一 0,则存在

GD

足够小的 >0,使

s=

因此,当 ∈[MEM2时,有

S(u) D)~ D~ME 2.

即满足定理2.1中条件(B2)。

再考虑(B6),可设s= 1

3:>。,则存在足

够大的 >M2>0,使

以下分两种情沉考虑

井冈山大学学报(自然科学版)

)假设/无界;

够小的正数 ∈【,使得

厂(甜)<c~M1,0<“<M1 2.o)

,使得

因f∈c(0,0,佃)),则有 >P。使

厂( S(), ∈(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( )≤/( )< , ∈【 】,

f(u)<C 0< < 2.11

即满足定理2.1中条件(B1)。

)假设

厂有界,

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

<M l

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∈[ 】,

鉴于(B5)以及推论2.2的证明知,存在足够小的

正数 ∈[ 】,使得

f(u)>D一 ∈I

由(B1)及定理2.1知,边值问题(3)至少有两个

正解甜1,U2,

M2 1<M1≤I

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

n『

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

甜2,且满足

MlI<M I

证毕。

参考文献

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