О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств

Рассмотрено вариационное неравенство, соответствующее нелинейному вырождающемуся анизотропному эллиптическому оператору, множеству ограничений достаточно широкого класса и правой части класса L¹. Установлено условие относительно повышения интегрируемости правой части, при котором решение рассматрива...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автор: Горбань, Ю.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2010
Назва видання:Труды Института прикладной математики и механики
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123952
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств / Ю.С. Горбань // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2010. — Т. 21. — С. 56-63. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-123952
record_format dspace
spelling irk-123456789-1239522017-09-16T03:03:23Z О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств Горбань, Ю.С. Рассмотрено вариационное неравенство, соответствующее нелинейному вырождающемуся анизотропному эллиптическому оператору, множеству ограничений достаточно широкого класса и правой части класса L¹. Установлено условие относительно повышения интегрируемости правой части, при котором решение рассматриваемого вариационного неравенства принадлежит L¹. Розглянуто варіаційну нерівність, яка відповідає: нелінійному впродному анізотропному еліптичному оператору множині обмежень досить широкого класу і правій частині класу L¹. Встановлено умову відносно підвищення інтегрованості правої частини, при якій розв'язок варіаційної нерівності належить L¹. A variational inequality corresponding to a nonlinear degenerate anisotropic elliptic operator, a set of constraints of a sufficiently large class and an L¹-right-hand side is considered. A condition on the improvement of integrability of the right-hand side under which the solution of the variational inequality belongs to L¹ is established. 2010 Article О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств / Ю.С. Горбань // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2010. — Т. 21. — С. 56-63. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1683-4720 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123952 517.9 ru Труды Института прикладной математики и механики Інститут прикладної математики і механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Рассмотрено вариационное неравенство, соответствующее нелинейному вырождающемуся анизотропному эллиптическому оператору, множеству ограничений достаточно широкого класса и правой части класса L¹. Установлено условие относительно повышения интегрируемости правой части, при котором решение рассматриваемого вариационного неравенства принадлежит L¹.
format Article
author Горбань, Ю.С.
spellingShingle Горбань, Ю.С.
О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
Труды Института прикладной математики и механики
author_facet Горбань, Ю.С.
author_sort Горбань, Ю.С.
title О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
title_short О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
title_full О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
title_fullStr О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
title_full_unstemmed О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
title_sort о невесовом условии суммируемости t-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
publishDate 2010
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123952
citation_txt О невесовом условии суммируемости T-решений вырождающихся анизотропных вариационных неравенств / Ю.С. Горбань // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2010. — Т. 21. — С. 56-63. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Труды Института прикладной математики и механики
work_keys_str_mv AT gorbanʹûs onevesovomusloviisummiruemostitrešenijvyroždaûŝihsâanizotropnyhvariacionnyhneravenstv
first_indexed 2025-07-09T00:35:46Z
last_indexed 2025-07-09T00:35:46Z
_version_ 1837127537936826368
fulltext ISSN 1683-4720 Труды ИПММ НАН Украины. 2010. Том 21 УДК 517.9 c©2010. Ю.С. Горбань О НЕВЕСОВОМ УСЛОВИИ СУММИРУЕМОСТИ T -РЕШЕНИЙ ВЫРОЖДАЮЩИХСЯ АНИЗОТРОПНЫХ ВАРИАЦИОННЫХ НЕРАВЕНСТВ Рассмотрено вариационное неравенство, соответствующее нелинейному вырождающемуся анизо- тропному эллиптическому оператору, множеству ограничений достаточно широкого класса и пра- вой части класса L1. Установлено условие относительно повышения интегрируемости правой части, при котором решение рассматриваемого вариационного неравенства принадлежит L1. Ключевые слова: вариационное неравенство, T -решение, суммируемость решения. 1. Введение. В статье рассматривается вариационное неравенство, соответству- ющее нелинейному вырождающемуся анизотропному эллиптическому оператору A, множеству ограничений V достаточно широкого класса и правой части f класса L1. Анизотропия и вырождение оператора A характеризуются присутствием в услови- ях роста и коэрцитивности относительно его коэффициентов наборов показателей q = {q1, . . . , qn} и весовых функций ν = {ν1, . . . , νn}, а сам оператор определен на соответствующем соболевском пространстве ◦ W 1,q(ν, Ω). Предполагается, что множе- ство ограничений V ⊂ ◦ W 1,q(ν, Ω) содержит ограниченные функции и удовлетворяет следующему условию: если u, v ∈ V и k > 0, то u − Tk(u − v) ∈ V , где Tk – стан- дартная срезающая функция. Этому условию удовлетворяют, например, множества функций, определяемые односторонними и двусторонними ограничениями. Поня- тие T -решения рассматриваемого вариационного неравенства введено в работах [1– 3]. Там же установлены теоремы существования и единственности такого решения и описаны его свойства суммируемости. В частности, установлены условия на по- казатели qi и показатели суммируемости функций 1/νi, при которых T -решение принадлежит пространству L1 (см., например, [3, следствие 6.2]). Цель данной ра- боты – получение такой же суммируемости T -решения без использования указанных условий, но в предположении несколько повышенной суммируемости функции f . Среди других работ, относящихся к исследованию вариационных неравенств с L1-правыми частями, отметим, например, статьи [4–7], посвященные односторонним задачам Дирихле. 2. Предварительные сведения. В этом пункте приведем ряд результатов из работы [3], необходимых для дальнейшего изложения. Пусть n ∈ N, n > 2, Ω – ограниченное открытое множество в Rn, и пусть для любого i ∈ {1, . . . , n} имеем qi ∈ (1, n). 56 Положим q = {qi : i = 1, . . . , n}, q = ( 1 n n∑ i=1 1 qi )−1 . Пусть для любого i ∈ {1, . . . , n} νi – неотрицательная функция на Ω такая, что νi > 0 почти всюду на Ω, νi ∈ L1 loc(Ω), (1/νi) 1/(qi−1) ∈ L1(Ω). (1) Положим ν = {νi : i = 1, . . . , n}. Через W 1,q(ν,Ω) обозначим множество всех функций u ∈ L1(Ω), таких, что для любого i ∈ {1, . . . , n} существует обобщенная производная Diu и νi|Diu |qi ∈ L1(Ω). Пусть ‖ · ‖1,q,ν – отображение из W 1,q(ν, Ω) в R такое, что для любой функции u ∈ W 1,q(ν, Ω) ‖u‖1,q,ν = ∫ Ω |u|dx + n∑ i=1 (∫ Ω νi|Diu| qidx )1/qi . Отображение ‖ · ‖1,q,ν есть норма в W 1,q(ν, Ω) и ввиду второго из включений (1) мно- жество W 1,q(ν, Ω) есть банахово пространство относительно нормы ‖ · ‖1,q,ν . Кроме того, в силу первого из включений (1) имеем C∞ 0 (Ω) ⊂ W 1,q(ν, Ω). Через ◦ W 1,q(ν, Ω) обозначим замыкание множества функций C∞ 0 (Ω) в простран- стве W 1,q(ν, Ω). Очевидно, что множество ◦ W 1,q(ν,Ω) является банаховым простран- ством относительно нормы, индуцированной нормой ‖ · ‖1,q,ν . Заметим еще, что про- странство ◦ W 1,q(ν, Ω) рефлексивно. Подробное доказательство этого утверждения дано в [1]. Далее, пусть для любого k > 0 Tk – функция на R такая, что Tk(s) = { s, если |s| 6 k, k sign s, если |s| > k. Через ◦ T 1,q(ν, Ω) обозначим множество всех функций u : Ω → R таких, что для любого k > 0 имеем Tk(u) ∈ ◦ W 1,q(ν, Ω). Заметим, что ◦ W 1,q(ν, Ω) ⊂ ◦ T 1,q(ν, Ω). Для произвольных u : Ω → R и x ∈ Ω положим k(u, x) = min{l ∈ N : |u(x)| 6 l}. Определение 2.1. Пусть u ∈ ◦ T 1,q(ν, Ω) и i ∈ {1, . . . , n}. Тогда δiu – функция на Ω такая, что для любого x ∈ Ω δiu(x) = DiTk(u,x)(u)(x). 57 Ю.С. Горбань Предложение 2.1. Пусть u ∈ ◦ T 1,q(ν,Ω) и i ∈ {1, . . . , n}. Тогда для любого k > 0 имеем DiTk(u) = δiu · 1{ |u|<k} п.в. на Ω. Заметим, что если u ∈ ◦ W 1,q(ν, Ω), то для любого i ∈ {1, . . . , n} имеем δiu = Diu п.в. на Ω. Предложение 2.2. Пусть u ∈ ◦ T 1,q(ν, Ω), v ∈ ◦ W 1,q(ν,Ω)∩L∞(Ω). Тогда u− v ∈ ◦ T 1,q(ν, Ω) и для любых i ∈ {1, . . . , n} и k > 0 имеем DiTk(u− v) = δiu−Div п.в. на {|u− v| < k}. Предложение 2.3. Существует положительная постоянная c0, зависящая только от n, q и ‖1/νi‖L1/(qi−1)(Ω), i = 1, . . . , n, такая, что для любой функции u ∈ ◦ W 1,q(ν, Ω) имеем ( ∫ Ω |u|n/(n−1)dx )(n−1)/n 6 c0 n∏ i=1 ( ∫ Ω νi|Diu|qidx )1/nqi . 3. Определение и существование T -решений вариационных неравенств с L1-данными. Материал, излагаемый в этом пункте, взят из работы [3]. Пусть c1, c2 > 0, g1, g2 ∈ L1(Ω), g1, g2 > 0 на Ω, и пусть для любого i ∈ {1, . . . , n} ai – функция Каратеодори на Ω × Rn. Будем считать, что для почти всех x ∈ Ω и любых ξ ∈ Rn справедливы неравенства n∑ i=1 (1/νi) 1/(qi−1)(x)|ai(x, ξ)|qi/(qi−1) 6 c1 n∑ i=1 νi(x)|ξi|qi + g1(x), (2) n∑ i=1 ai(x, ξ)ξi > c2 n∑ i=1 νi(x)|ξi|qi − g2(x). (3) Кроме того, будем предполагать, что для почти всех x ∈ Ω и любых ξ, η ∈ Rn, ξ 6= η, справедливо неравенство n∑ i=1 [ai(x, ξ) − ai(x, η)] (ξi − ηi) > 0. (4) Заметим, что в силу (2) для любых u, v ∈ ◦ W 1,q(ν,Ω) и i ∈ {1, . . . , n} функция ai(x,∇u)Div суммируема на Ω. Пусть A – оператор из ◦ W 1,q(ν, Ω) в ( ◦ W 1,q(ν,Ω) )∗ такой, что для любых функций u, v ∈ ◦ W 1,q(ν, Ω) 〈Au, v〉 = ∫ Ω { n∑ i=1 ai(x,∇u)Div } dx. 58 Пусть V – замкнутое выпуклое множество в ◦ W 1,q(ν,Ω), удовлетворяющее усло- виям: V ∩ L∞(Ω) 6= ∅, (5) если u, v ∈ V и k > 0, то u− Tk(u− v) ∈ V. (6) Определение 3.1. Пусть f ∈ L1(Ω). T -решением вариационного неравенства, соответствующего тройке (A, V, f), будем называть функцию u ∈ ◦ T 1,q(ν,Ω) такую, что: (i) для любых v ∈ V ∩ L∞(Ω) и k > 1 имеем v − Tk(v − u) ∈ V ; (ii) если v ∈ V ∩ L∞(Ω), k > 1 и k1 = k + ||v||L∞(Ω), то 〈ATk1(u), Tk(u− v)〉 6 ∫ Ω fTk(u− v)dx. Теорема 3.1. Пусть f ∈ L1(Ω). Тогда существует T -решение вариационного неравенства, соответствующего тройке (A, V, f). Подробное доказательство теоремы 3.1 дано в [3]. Отметим, что неравенства (3) и (4) и условие (6) играют существенную роль в этом доказательстве. В [3] также установлено, что для любой функции f ∈ L1(Ω) T -решение вариационного нера- венства, соответствующего тройке (A, V, f), единственно. При этом неравенство (4) тоже существенно использовалось. 4. О принадлежности T -решений вариационных неравенств простран- ству L1(Ω). В работе [3] доказан следующий результат. Предложение 4.1. Пусть m ∈ Rn и выполняются условия: i ∈ {1, . . . , n} ⇒ mi > 1/(qi − 1), 1/νi ∈ Lmi(Ω), (7) n∑ i=1 1 + 2mi miqi < n + 1. (8) Пусть f ∈ L1(Ω), и пусть u – T -решение вариационного неравенства, соответ- ствующего тройке (A, V, f). Тогда u ∈ L1(Ω). Таким образом, предложение 4.1 дает условия на показатели qi и показатели mi суммируемости функций 1/νi, при которых T -решения рассматриваемых вариаци- онных неравенств с L1-правыми частями принадлежат пространству L1(Ω). Основной результат настоящей работы, подробно излагаемый ниже, показывает, что вместо условий (7) и (8) принадлежность изучаемых T -решений пространству L1(Ω) обеспечивается некоторой повышенной суммируемостью правой части нера- венства. Предложение 4.2. Пусть σ > n/q и f ∈ Lσ(Ω). Пусть u – T -решение ва- риационного неравенства, соответствующего тройке (A, V, f). Тогда существует λ0 > 1, зависящее только от n, q и σ, такое, что для любого λ ∈ [1, λ0) имеем u ∈ Lλ(Ω). 59 Ю.С. Горбань Доказательство. Положим σ1 = n 2q + 1 2 min(σ, n). Имеем n/q < σ1 < n, σ1 < σ. Следовательно, f ∈ Lσ1(Ω). Положим σ2 = n− σ1 σ1(n− 1) , σ3 = 1− σ2 q . Легко видеть, что σ2 ∈ (0, 1). Следовательно, σ3 ∈ (0, 1). Положим σ4 = σ2 q(1− σ3) , λ0 = n(1− σ4) n− 1 . Поскольку σ1 > n/q, имеем λ0 > 1. Теперь, учитывая условие (5), зафиксируем функцию ψ ∈ V ∩L∞(Ω) и положим M = ∫ Ω { n∑ i=1 νi|Diψ|qi } dx. Через ci, i = 3, 4, . . . , будем обозначать положительные постоянные, зависящие только от n, q, c0, c1, c2, σ, M , ‖g1‖L1(Ω), ‖g2‖L1(Ω), ‖f‖Lσ1 (Ω) и ‖ψ‖L∞(Ω). Зафиксируем k > 1 и положим k1 = k + ‖ψ‖L∞(Ω), k2 = k1 + ‖ψ‖L∞(Ω), I = ∫ {|u−ψ|<k1} { n∑ i=1 νi|DiTk2(u)|qi } dx, I1 = ∫ Ω { n∑ i=1 νi|DiTk1(u− ψ)|qi } dx, J = ∫ {|u−ψ|<k1} { n∑ i=1 ai(x,∇Tk2(u))Diψ } dx. В силу определения 3.1 имеем 〈ATk2(u), Tk1(u− ψ)〉 6 ∫ Ω fTk1(u− ψ)dx. (9) При этом из определения оператора A и предложений 2.1 и 2.2 следует, что 〈ATk2(u), Tk1(u− ψ)〉 = ∫ {|u−ψ|<k1} { n∑ i=1 ai(x,∇Tk2(u))DiTk2(u) } dx− J. (10) В свою очередь, ввиду (3) имеем ∫ {|u−ψ|<k1} { n∑ i=1 ai(x,∇Tk2(u))DiTk2(u) } dx > c2I − ‖g2‖L1(Ω). (11) 60 Из (9)–(11) выводим неравенство c2I 6 ∫ Ω fTk1(u− ψ)dx + ‖g2‖L1(Ω) + J. (12) Используя (2) и неравенство Юнга, для последнего слагаемого в правой части (12) получаем следующую оценку: J 6 c2 2 I + c3. Отсюда и из (12) вытекает, что I 6 2 c2 ∫ Ω fTk1(u− ψ)dx + c4. (13) Теперь оценим интеграл в правой части неравенства (13). Имеем ∫ Ω fTk1(u− ψ)dx 6 ∫ Ω |f ||Tk1(u− ψ)|σ2 |Tk1(u− ψ)|1−σ2dx 6 k1 σ2 ∫ Ω |f ||Tk1(u− ψ)|1−σ2dx. (14) Поскольку f ∈ Lσ1(Ω), используя неравенство Гельдера и учитывая определение числа σ2, получаем ∫ Ω |f ||Tk1(u− ψ)|1−σ2dx 6 ‖f‖Lσ1 (Ω) (∫ Ω |Tk1(u− ψ)|n/(n−1)dx )(σ1−1)/σ1 . (15) Так как Tk1(u− ψ) ∈ ◦ W 1,q(ν, Ω), из предложения 2.3 выводим, что (∫ Ω |Tk1(u− ψ)|n/(n−1)dx )(n−1)/n 6 c0I1 1/q. (16) Из (14)–(16) следует неравенство ∫ Ω fTk1(u− ψ)dx 6 c5k1 σ2I1 σ3 . Отсюда и из (13) получаем, что I 6 c6k σ2I1 σ3 + c4. (17) Используя неравенство Юнга с показателями 1/(1− σ3) и 1/σ3, устанавливаем c6k σ2I1 σ3 = 2nσ3c6k σ2 · 2−nσ3I1 σ3 6 c7k σ2/(1−σ3) + 2−nI1. (18) В свою очередь, используя предложения 2.1 и 2.2, находим, что I1 6 2n−1I + 2n−1M. (19) 61 Ю.С. Горбань Из (17)–(19) вытекает неравенство I 6 c8k σ2/(1−σ3). (20) Легко видеть, что ∫ {|u|<k} { n∑ i=1 νi|DiTk2(u)|qi } dx 6 I. (21) Кроме того, используя предложение 2.1, устанавливаем, что n∑ i=1 ∫ Ω νi|DiTk(u)|qidx = ∫ {|u|<k} { n∑ i=1 νi|DiTk2(u)|qi } dx. (22) Из (20)–(22) получаем неравенство n∑ i=1 ∫ Ω νi|DiTk(u)|qidx 6 c8k σ2/(1−σ3), (23) а поскольку Tk(u) ∈ ◦ W 1,q(ν, Ω), в силу предложения 2.3 имеем (∫ Ω |Tk(u)|n/(n−1)dx )(n−1)/n 6 c0 n∏ i=1 (∫ Ω νi|DiTk(u)|qidx )1/nqi . Отсюда и из (23) вытекает, что ∫ Ω |Tk(u)|n/(n−1)dx 6 c9k nσ4/(n−1). (24) В свою очередь, учитывая, что для любого s ∈ R, |s| > k, справедливо равенство |Tk(s)| = k, получаем неравенство kn/(n−1)meas{|u| > k} 6 ∫ Ω |Tk(u)|n/(n−1)dx. (25) Из (24) и (25) следует, что meas{|u| ≥ k} 6 c9k −λ0 . Поскольку полученное неравенство верно для любого k > 1, применяя лемму 2.6 из [8], заключаем, что для любого λ ∈ [1, λ0) справедливо включение u ∈ Lλ(Ω). Предложение доказано. ¤ Отметим, что в доказательстве предложения 4.2 при оценке интеграла I исполь- зованы приемы, аналогичные предложенным в лемме 6 из работы [9]. 1. Ковалевский А.А., Горбань Ю.С. Вырождающиеся анизотропные вариационные неравенства с L1-данными. – Донецк, 2007. – 92 с. – (Препринт / НАН Украины. Ин-т прикл. математики и механики; 2007.01). 62 2. Kovalevsky A.A., Gorban Y.S. Degenerate anisotropic variational inequalities with L1-data // C. R. Math. Acad. Sci. Paris. – 2007. – 345, №8. – P. 441-444. 3. Ковалевский А.А., Горбань Ю.С. О T -решениях вырождающихся анизотропных эллиптических вариационных неравенств с L1-данными // Известия Российской АН. Сер. матем. – 2011. – 75, №1. – C. 101-160. 4. Boccardo L., Cirmi G.R. Existense and uniqueness of solution of unilateral problems with L1 data // J. Convex Analysis. – 1999. – 6, №1. – P. 195-206. 5. Oppezzi P., Rossi A.M. Renormalized solutions for divergence problems with L1-data // Atti. Sem. Mat. Fis. Univ. Modena. – 1998. – 46, suppl. – P. 889-914. 6. Brandolini B., Randazzo L. An existense result for a class of variational inequalities with L1-data // Ricerche Mat. – 2001. – 50, №2. – P. 195-207. 7. Aharouch L., Akdim Y., Azroul E. Quasilinear degenerate elliptic unilateral problems // Abstract and Applied Analysis. – 2005. – 1. – P. 11-31. 8. Ковалевский А.А. Энтропийные решения задачи Дирихле для одного класса нелинейных эл- липтических уравнений четвертого порядка с L1 правыми частями // Известия Российской АН. Сер. матем. – 2001. – 65, №2. – C. 27-80. 9. Ковалевский А.А. О суммируемости решений нелинейных эллиптических уравнений с правыми частями из классов, близких к L1 // Матем. заметки. – 2001. – 70, №3. – С. 375-385. Yu.S. Gorban On a nonweighted condition of summability of T -solutions of degenerate anisotropic variational inequalities. A variational inequality corresponding to a nonlinear degenerate anisotropic elliptic operator, a set of constraints of a sufficiently large class and an L1-right-hand side is considered. A condition on the improvement of integrability of the right-hand side under which the solution of the variational inequality belongs to L1 is established. Keywords: variational inequality, T -solution, summability of solution. Ю.С. Горбань Про невагову умову сумовностi T -розв’язкiв виродних анiзотропних варiацiйних нерiв- ностей. Розглянуто варiацiйну нерiвнiсть, яка вiдповiдає нелiнiйному виродному анiзотропному елiптично- му оператору множинi обмежень досить широкого класу i правiй частинi класу L1. Встановлено умову вiдносно пiдвищення iнтегровностi правої частини, при якiй розв’язок варiацiйної нерiвностi належить L1. Ключовi слова: варiацiйна нерiвнiсть, T -розв’язок, сумовнiсть розв’язку. Донецкий национальный ун-т yuliya_gorban@mail.ru Получено 29.12.10 63