Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2008
1. Verfasser: Маркашева, В.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2008
Schriftenreihe:Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/20017
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 / В.А. Маркашева // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 17. — С. 128-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-20017
record_format dspace
spelling irk-123456789-200172011-05-20T12:04:48Z Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 Маркашева, В.А. 2008 Article Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 / В.А. Маркашева // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 17. — С. 128-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1683-4720 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/20017 517.946 ru Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины Інститут прикладної математики і механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
format Article
author Маркашева, В.А.
spellingShingle Маркашева, В.А.
Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
author_facet Маркашева, В.А.
author_sort Маркашева, В.А.
title Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_short Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_full Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_fullStr Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_full_unstemmed Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_sort локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа баоуенди-грушина. часть 2
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
publishDate 2008
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/20017
citation_txt Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 / В.А. Маркашева // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 17. — С. 128-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
work_keys_str_mv AT markaševava lokalʹnaâgëlʹderovostʹrešenijkvazilinejnyhparaboličeskihuravnenijsnelinejnymoperatoromtipabaouendigrušinačastʹ2
first_indexed 2025-07-02T20:46:39Z
last_indexed 2025-07-02T20:46:39Z
_version_ 1836569551163097088
fulltext ISSN 1683-4720 Труды ИПММ НАН Украины. 2008. Том 17 УДК 517.946 c©2008. В.А. Маркашева ЛОКАЛЬНАЯ ГЁЛЬДЕРОВОСТЬ РЕШЕНИЙ КВАЗИЛИНЕЙНЫХ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ С НЕЛИНЕЙНЫМ ОПЕРАТОРОМ ТИПА БАОУЕНДИ-ГРУШИНА. ЧАСТЬ 2 В работе изучается свойство регулярности решений вырождающегося параболического уравнения с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Установлено свойство локальной гёльдеровости решений. Введение. Исследуется решение задачи Коши для квазилинейного вырождаю- щегося параболического уравнения следующего вида ∂u ∂t = Lλ,α[u] = divL(|DLu|λ−1DLu), (x, y, t) ∈ ST = RN+M × (0, T ). (1.1) Здесь λ > 1, а x = (x1, .., xN ), y = (y1, .., yM ), N ≥ 1,M ≥ 1 – произвольные точки евклидовых пространств RN и RM , соответственно. z = (x, y) = (x1, .., xN , y1, .., yM ), z ∈ RN+M . Символом DLu обозначим вектор DLu = ( ∂u ∂x1 , ∂u ∂x2 , .., ∂u ∂xN , |x|α ∂u ∂y1 , |x|α ∂u ∂y2 , .., |x|α ∂u ∂yM ) . (1.2) Далее, |DLu| = √√√√ N∑ i=1 ( ∂u ∂xi )2 + |x|2α M∑ j=1 ( ∂u ∂yj )2, divL ~F (x, y) = N∑ i=1 ∂Fi ∂xi + |x|α M∑ j=1 ∂Fj+N ∂yj . Если α = 0, то при условии λ > 1 ([7]) уравнение (1.1) описывает процесс с медленной диффузией. Операторы типа L1,α = ∆x + |x|2α∆y, где символ ∆ означает оператор Лапласа, впервые исследовались в работах [1] и [6]. В работах [3] и [4] изучались качественные свойства решения уравнения Lλ,α[u] = f , т.е. эллиптического аналога (1.1) (см. также [5] и имеющуюся там литературу). Цель данной работы – доказать локальную гёльдеровость решений уравнения (1.1). Прежде, чем перейти к формулировкам основных результатов работы, введем необходимые понятия. Однородное расстояние для пространственных переменных d(z, 0) = d((x, y), (0, 0)) = (|x|2(α+1) + (α + 1)2|y|2)1/2(α+1) . В качестве шаров исполь- зуем Bρ(z′) = {z ∈ RN+M : d(z − z′, 0) ≤ ρ}. Q = N + (α + 1)M – однородная размерность в пространствах Карно-Каратеодори (см. [6]). Bρ является естествен- ным расширением понятия шара в пространствах Карно-Каратеодори. 128 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 Пусть t > 0, R > 0 – произвольные фиксированные числа. Определение. Слабым решением уравнения (1.1) будем называть неотрицатель- ную измеримую на ST = RN+M × (0, T ) функцию u(x, y, t) ∈ Vλ+1,loc(ST ) ≡ Lλ+1(t, T ; L1,λ+1,loc(RM+N )) ∩ C(t, T ; L2,loc(RM+N )), при каждом t > 0 удовлетворяющую интегральному тождеству : ∫ BR u(z, τ)η(z, τ)dz|t2t1 + ∫ t2 t1 ∫ BR {−uητ + (|DLu|λ−1DLu)DLη}dzdτ = 0, (1.3) для всех η(x, y, t) ∈ C(t, T ; L1,λ+1(BR)) ∩ L2(BR × (t, T )) и для всех t1, t2 : 0 < t ≤ t1 ≤ t2 ≤ T. Основным результатом статьи является теорема вложения: Теорема 5.3. Пусть u ∈ Vλ+1,loc(ST ) ∩ L∞,loc(ST ) – слабое решение уравнения (1.1). Тогда u(z, t) – локально гёльдерово на ST и для любого компакта K ⊂ ST су- ществует постоянные ᾱ ∈ (0, 1) и C(ᾱ), зависящие только от параметров задачи и diamK, такие что |u(z1, t1)− u(z2, t2)| ≤ C(ᾱ)(dᾱ(z1, z2) + |t1 − t2| ᾱ λ+1 ). (1.4) Содержание теоремы 5.3 является естественным обобщением результатов работы [2], где изучался случай α = 0. Доказательство теоремы 5.3 приводится подходом работы [2], где существенно используются также идеи работы [5]. Статья разделена на 2 части. В первую часть входят разделы 1 и 2. Во вто- рую часть входят разделы 3, 4 и 5. Структура статьи такова: в первом разделе описывается класс функций Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), для λ > 1, и доказывается, что ес- ли слабое решение уравнения (1.1) из L∞,loc(ST ), то принадлежит классу функ- ций Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), второй раздел содержит предварительные пояснения и обо- значения, а также вспомогательные утверждения, на основании которых строит- ся доказательство альтернатив и основного результата, разделы 3 и 4 доказыва- ют соответственно первую и вторую альтернативы, а в пятом разделе приводит- ся доказательство теоремы 5.3 при помощи альтернатив. Доказательства третьего, четвертого и пятого разделов используют лишь принадлежность функции классу Bλ+1,loc(ST , M̄ , C). На протяжении всей работы символами C, Ci.j будем обозначать различные по- ложительные константы, зависящие лишь от параметров λ,N,M, ᾱ, α. Индексы i, j означают, что эта константа впервые появляется в выражении (i.j). Нумерация сквозная. Продолжим доказательство теоремы 5.3. 3. Первая альтернатива. Лемма 3.1.Существует α0 ∈ (0, 1), не зависящее от w, R, s∗, такое , что если для некоторого t̄ : t̄ ≤ t0, t̄−θ0R λ+1 ≥ t0−θ∗Rλ+1, найдется цилиндр Ss0 R (z0, t̄) = Ss0 R , 129 В.А. Маркашева для которого справедлива оценка ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ , (3.1) то либо w < 2s0Rε для некоторого произвольного ε : 0 < ε < (λ + 1)/(λ− 1), либо u(z, t) > µ− + w/2s0+1 (3.2) для всех (z, t) ∈ Ss0 R/2. Доказательство леммы. Если первое утверждение неверно и w ≥ 2s0Rε, тогда цилиндр Ss0 R компактно вложен в цилиндр Sε R = BR × (t0 − Rλ+1−ε(λ−1), t0). По- скольку u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), то удовлетворяет первым двум условиям леммы 2.7. Положив s = s0, θ = θ0, ρ = R, t = t̄, рассмотрим условие (2.7) t̄∫ t̄−θρλ+1 mes {z : (u− µ± ∓ w 2s )± > 0, z ∈ Bρ}dτ = ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ ≤ C −Q+λ+1 λ+1 2.9 4− (Q+λ+1)2 λ+1 ρQ+λ+1 = C −Q+λ+1 λ+1 2.9 4− (Q+λ+1)2 λ+1 ∣∣Ss0 R ∣∣ . Очевидно, что условие (2.7) справедливо при любом α0 ≤ C −Q+λ+1 λ+1 2.9 4− (Q+λ+1)2 λ+1 . Применив лемму 2.7, получим утверждение u(z, t) > µ− + w/2s0+1 для всех (z, t) ∈ Ss0 R/2. Что и требовалось доказать.¤ Замечание 3.1. В данной лемме значение t̄ не определено. Единственное ограни- чение уже описано в предыдущем разделе: t̄ ≤ t0, t̄−θ0R λ+1 ≥ t0−θ∗Rλ+1. Выберем s1 : t̄− θ0(R/2)λ+1 = t0 − θ1(R/2)λ+1. Очевидно, что s0 ≤ s1 ≤ s∗. Лемма 3.2. Если H− = ||(u− [µ− + w 2s0+1 ])−||∞,S s1 R/2 ≥ w 2s0+2 (3.3) и выполняются условия леммы 3.1, тогда для любого α0 ∈ (0, 1), удовлетворяюще- го (2.1), найдется m = m(α0), не зависящее от w и R, такое что либо w < 2s1Rε, либо mes { z ∈ BR/4 : u(z, t) < µ− + w 2s0+m } < α0|BR/4| (3.4) сразу для всех t ∈ [t0 − θ1(R/2)λ+1, t0]. 130 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 Доказательство леммы 3.2. Поскольку u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), то неравенство (1.6) справедливо на цилиндре Ss1 R/2(z0, t0). В качестве срезающей функции выберем ξ(z), которая равна 1 на шаре BR/4, нулю вне шара BR/2, и |DLξ| ≤ 4/R. Положим ν = w/2s0+m, k = µ− + w/2s0+1. Тогда (1.6) примет вид ess sup t0−θs1 (R/2)λ+1≤τ≤t0 ∫ BR/2 ψ2(H−, (u− [µ− + w 2s0+1 ])−(τ), w 2s0+m )ξλ+1(z)dz ≤ ≤ ∫ BR/2 ψ2((u− k)−)(t0 − θs1(R/2)λ+1)dz + C1.6 ∫ ∫ S s1 R/2 ψ|ψ|1−λ|DLξ|λ+1dzdτ. (3.5) Заметим, что (u−k)− = −min([u−µ−]−w/2s0+1, 0) ≤ −min(−w/2s0+1, 0) = w/2s0+1. Тогда H− ≤ w/2s0+1 и ψ = ln+ ( H− H− − (u− [µ− + w 2s0+1 ])− + w 2s0+m ) ≤ ln+ ( H− w 2s0+m ) ≤ ≤ ln(2m−1) = (m− 1) ln 2. |ψu|1−λ = ∣∣∣∣∣ 1 H− − (u− k)− + w 2s0+m ∣∣∣∣∣ 1−λ = |H− − (u− k)− + w 2s0+m |λ−1 ≤ ≤ ∣∣∣ w 2s0+1 + w 2s0+1 ∣∣∣ λ−1 = ( w 2s0 )λ−1 = θ0. Поскольку справедлива лемма 3.1, то u > µ− + w/2s0+1 при t = t̄ − θ0(R/2)λ+1. Выберем s1 : t̄ − θ0(R/2)λ+1 = t0 − θ1(R/2)λ+1. Очевидно, что s0 ≤ s1 ≤ s∗. Тогда (u − k)−(t0 − θ1(R/2)λ+1) = 0, откуда ψ ( (u− k)−(t0 − θ1(R/2)λ+1) ) = 0. Оценим правую часть неравенства (3.5) сверху. ∫ BR/2 ψ2((u− k)−)(t0 − θ1(R/2)λ+1)dz + C1.6 ∫ ∫ S s1 R/2 ψ|ψ|1−λ|DLξ|λ+1dzdτ ≤ ≤ C1.6θ0(m− 1) ln 2 (R/4)λ+1 |Ss1 R/2|. Заметим, что ψ2 = (ln+ ( H− H− − (u− [µ− + w 2s0+1 ])− + w 2s0+m ) )2 ≥ ≥ (ln+ ( w 2s0+2 w 2s0+m−1 ) )2 = (m− 3)2 ln2 2. ess sup t0−θs1 (R/2)λ+1≤τ≤t0 ∫ BR/2 ψ2(H−, (u− [µ− + w 2s0+1 ])−(τ), w 2s0+m )ξλ+1(z)dz ≥ 131 В.А. Маркашева ≥ (m− 3)2 ln2 2 mes { z ∈ BR/4 : (u(z, t)− [µ− + w 2s0+m ])− > 0 } . Имеем для всех t ∈ [t0 − θs1(R/2)λ+1, t0] и m = max([C1.62s1/α0] + 1; s1 − s0 + 1) mes { z ∈ BR/4 : u(z, t) < µ− + w 2s0+m } ≤ C1.6 (m− 1)4λ+1 (m− 3)2Rλ+1 θ0|Ss1 R/4| ≤ α0|BR/4|. Лемма доказана. ¤ Замечание 3.2. Выбор m не зависит от w, R, s∗. Дополнительное свойство m : m + s0 > s1 будет использовано при доказательстве следующей леммы 3.3. Лемма 3.3. Если выполняются условия леммы 3.1 и леммы 3.2, то либо w < 2s1Rε, либо u(z, t) > µ− + w 2s0+m+1 (3.6) для всех (z, t) ∈ Ss1 R/8(z0, t0). Доказательство леммы 3.3. Выберем ρn = R/8 + R/2n+3, ρ̄n = (ρn + ρn+1)/2, kn = µ− + w/2s0+m+1 + w/2s0+m+1+n, n = 0, 1, 2, .. Обозначим Sn = Ss1 ρn , S̄n = Ss1 ρ̄n . Выберем срезающую функцию ξ(z), которая равна 1 на S̄n, нулю вне Sn, и |DLξ| ≤ 2n+1/ρn. Поскольку u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), то неравенство (1.5) справедливо на каждом цилиндре Sn : ess sup t0−θ1(R/8)λ+1≤τ≤t0 ||(u− kn)−||2L2(Bρ̄n) + ||DL(u− kn)−||λ+1 Lλ+1(S̄n) ≤ ≤ ||(u− kn)−||2L2(Bρ̄n )(t0 − θ1(R/8)λ+1)+ +C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n ∫ ∫ Sn [(u− kn)−]λ+1dzdτ. (3.7) Заметим, что поскольку s1 : t̄−θ0(R/2)λ+1 = t0−θ1(R/2)λ+1, то τ = t0−θ1(R/8)λ+1 : τ ∈ (t̄ − θ0(R/2)λ+1, t̄) и по лемме 3.1 (u − kn)−(t0 − θ1(R/8)λ+1) = 0 для всех z ∈ BR/2(z0). Также заметим, что в силу выбора kn ( 2s1 w )λ−1 ess sup ∫ Bρ̄n [(u− kn)−]λ+1dz ≤ ≤ ( 2s0+m w )λ−1 ess sup ∫ Bρ̄n [(u− kn)−]λ+1dz ≤ ess sup ∫ Bρ̄n [(u− kn)−]2dz. Сделав в неравенстве (3.7) замену переменной τ = t0 + θ1ź, получим оценку на цилиндрах Sn = Bρn × (−(R/8)λ+1, 0), S̄n = Bρ̄n × (−(R/8)λ+1, 0) : θ1ess sup ∫ Bρ̄n [(v − kn)−]λ+1dz + θ1||DL(v − kn)−||λ+1 Lλ+1(S̄n) ≤ C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n θ1|A−n |. 132 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(S̄n) ≤ C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n ( w 2s1 )λ+1 |A−n |. (3.8) Введем кусочно-гладкую срезающую функцию ϕn(z), которая равна 1 на Bρn+1 , 0 вне Bρ̄n , |DLϕn| ≤ 2n+1/ρn. Тогда (v−kn)−ϕn ∈ V0 λ+1(S̄n). Следствие 2.5 и неравен- ство (3.8) дают ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(Sn+1) ≤ ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(S̄n) ≤ ≤ C2.5|A−n | λ+1 Q+λ+1 ||(v − kn)−ϕn||λ+1 V0 λ+1(S̄n) ≤ ≤ C2.5|A−n | λ+1 Q+λ+1 { ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(S̄n) + 2(n+2)(λ+1) ρn λ+1 ||(v − kn)−||λ+1 Lλ+1(Sn) } ≤ ≤ C2.5C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n ( w 2s1 )λ+1 |A−n |1+ λ+1 Q+λ+1 . Так как ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(Sn+1) ≥ ≥ |kn − kn+1|λ+1|A−n+1| ≥ (w/2s0+m)λ+1/2(λ+1)(n+1)|A−n+1|, имеем |A−n+1| ≤ C2.5C1.52λ+1 4n(λ+1) ρλ+1 n |A−n |1+ λ+1 Q+λ+1 = C3.9 4n(λ+1) ρλ+1 n |A−n |1+ λ+1 Q+λ+1 . (3.9) Введем новое обозначение Yn = |A−n |/|Sn|. Тогда Yn+1 ≤ C3.94n(λ+1)Y 1+ λ+1 Q+λ+1 n . Заметим, что Y0 = ∣∣(z, t) : u > µ− + w 2s0+m , z ∈ BR/4, t ∈ [t0 − θ1(R/8)λ=1, t0] ∣∣ |BR/4 × [t0 − θ1(R/8)λ=1, t0]| ≤ α0 в следствие леммы 3.2. Применим лемму 2.6. Доказательство завершено. ¤ Утверждение 3.4. Для некоторого, фиксированного в лемме 3.1, α0 ∈ (0, 1) найдутся целые положительные s1 и m, такие что, если существует цилиндр Ss0 R (z0, t̄) : ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ , тогда либо w < 2s1Rε, либо ess osc S s1 R/8 (z0,t0) u < w ( 1− 1 2s0+m+1 ) . (3.10) 133 В.А. Маркашева Доказательство. Если выполняется условие (3.1) и H− = ||(u− [µ− + w 2s0+1 ])−||∞,S s1 R/2 ≥ w 2s0+2 , то справедливы леммы 3.1, 3.2, 3.3, откуда u(z, t) > µ− + w 2s0+m+1 для всех (z, t) ∈ Ss1 R/8(z0, t0). Следовательно, ess inf S s1 R/8 (z0,t0) u(z, t) ≥ µ− + w 2s0+m+1 . Тогда ess osc S s1 R/8 u(z, t) = ess sup S s1 R/8 u(z, t)− ess inf S s1 R/8 u(z, t) ≤ ≤ µ+ − µ− − w 2s0+m+1 = w ( 1− 1 2s0+m+1 ) . Если же H− = ||(u− [µ− + w 2s0+1 ])−||∞,S s1 R/2 < w 2s0+2 , то ess inf S s1 R/8 u(z, t) ≥ µ− + w 2s0+1 − w 2s0+2 = µ− + w 2s0+2 ≥ µ− + w 2s0+m+1 . Утверждение доказано.¤ Замечание 3.3. Число s1 зависит от t0 и s1 ≤ s∗, m зависит только от выбора α0. 4. Вторая альтернатива. Первая альтернатива имеет смысл, если для неко- торого, фиксированного в лемме 3.1, числа α0 ∈ (0, 1) существует хотя бы один цилиндр Ss0 R (z0, t̄), такой что ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ . (4.1) Во второй альтернативе будем предполагать, что для подобного α0 не существует ни одного цилиндра, для которого справедливо (4.1). Тогда для всех t̄ < t0 < T и цилиндров Ss0 R (z0, t̄) выполняется ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ > α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ . Используя верное неравенство µ+ − w/2s0 ≥ µ− + w/2s0 , имеем ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ (1− α0) ∣∣Ss0 R ∣∣ , (4.2) 134 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 для всех Ss0 R (z0, t̄), где t̄ : t̄− θ0R λ+1 ≥ t0 − θ∗Rλ+1, t̄ ≤ t0. Лемма 4.1. Пусть справедливо (4.2). Тогда существует t∗ ∈ [t̄ − θ0R λ+1, t̄ − (α0/2)θ0R λ+1], такое что ∣∣∣z ∈ BR : u(z, t∗) > µ+ − w 2s0 ∣∣∣ ≤ ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|. Доказательство. От противного. Допустим, что не существует такого t∗, тогда для почти всех t ∈ [t̄− θ0R λ+1, t̄− (α0/2)θ0R λ+1] справедливо ∣∣∣z ∈ BR : u(z, t) > µ+ − w 2s0 ∣∣∣ > ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|. Проинтегрировав неравенство по t на множестве [t̄ − θ0R λ+1, t̄ − (α0/2)θ0R λ+1], получаем ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R (t̄) : u(z, t) > µ+ − w 2s0 ∣∣∣ > > t̄−(α0/2)θ0Rλ+1∫ t̄−θ0Rλ+1 { z ∈ BR : u(z, t) > µ+ − w 2s0 } dt > (1− α0)|Ss0 R |, что противоречит (4.2).¤ Лемма 4.2. Предположим, что H+ = ||(u− [µ+ − w 2s0+1 ])+||∞,S s0 R > w 2s0+2 . Тогда существует целое положительное l, определенное в (2.1), не зависящее от w и R, такое что либо w ≤ 2s0+lRε, либо ∣∣∣z ∈ BR : u(z, t) > µ+ − w 2s0+l ∣∣∣ ≤ ( 1− (α0 2 )2 ) |BR| для всех t ∈ [t̄− (α0/2)θ0R λ+1, t̄]. Доказательство. Используем неравенство (1.6). Обозначим S∗R = BR × [t∗, t], S∗R−σR = BR−σR × [t∗, t], t ∈ [t̄ − (α0/2)θ0R λ+1, t̄]. Положим k = µ+ − w/2s0 , ν = w/2s0+l. В качестве срезающей функции выберем ξ(z), которая равна 1 на шаре BR−σR, нулю вне шара BR, и |DLξ| ≤ 1/(σR). Тогда (1.6) примет вид ∫ BR−σR ψ2(H+, (u− [µ+ − w 2s0 ])+(τ), w 2s0+l )ξλ+1(z)dz ≤ ≤ ∫ BR ψ2((u− k)+)(t∗)dz + C1.6 ∫ ∫ S∗R ψ|ψ|1−λ|DLξ|λ+1dzdτ. 135 В.А. Маркашева Заметим, что (u − k)+ = max([u − µ+] + w/2s0 , 0) ≤ max(w/2s0 , 0) = w/2s0 . Тогда H+ ≤ w/2s0 и ψ = ln+ ( H+ H+ − (u− [µ+ − w 2s0 ])+ + w 2s0+l ) ≤ ln+ ( H+ w 2s0+l ) ≤ ln(2l) = l ln 2. |ψu|1−λ = ∣∣∣∣∣ 1 H+ − (u− k)+ + w 2s0+l ∣∣∣∣∣ 1−λ = |H+ − (u− k)+ + w 2s0+l |λ−1 ≤ ≤ ∣∣∣ w 2s0 + w 2s0 ∣∣∣ λ−1 = 2λ−1 ( w 2s0 )λ−1 = θ02λ−1. Поскольку справедлива лемма 4.1, то оценим первый интеграл справа ∫ BR ψ2((u− k)+)(t∗)dz ≤ ∫ {z∈BR:u>µ+− w 2s0 } ln2 ( H+ ν ) dz ≤ ≤ ln2 ( w 2s0 w 2s0+l ) |{z ∈ BR : u > µ +− w 2s0 }| ≤ l2ln22 ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|. Получим оценку ∫ BR−σR ψ2((u− k)+)(t)dz ≤ l2ln22 ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|+ C1.6θ0l2λ−1 ln 2(t− t∗) (σR)λ+1 |BR|. Учтем, что t̄− t∗ ≤ θ0R λ+1. Имеем ∫ BR−σR ψ2((u− k)+)(t)dz ≤ l2ln22 ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|+ C1.6l2λ−1 ln 2 σλ+1 |BR|. Оценим левую часть неравенства ∫ BR−σR ψ2((u− k)+)(t)dz ≥ ∫ {z∈BR−σR:u>µ+− w 2s0+l } ln2 ( H+ ν ) dz ≥ ≥ ln2 ( w 2s0+2 w 2s0+l ) |{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }| ≥ ≥ (l − 2)2ln22|{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }|. Имеем |{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }| ≤ 136 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 ≤ 1 (l − 2)2ln22 ( l2ln22 ( (1− α0) (1− α0 2 ) ) |BR|+ C1.6l2λ−1 ln 2 σλ+1 |BR| ) . Тогда |{z ∈ BR : u > µ +− w 2s0+l }| ≤ ≤ |{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }|+ |BR −BR−σR| ≤ ≤ ( l2 (l − 2)2 1− α0 1− α0 2 + C1.6l2λ−1 σλ+1(l − 1)2 ln 2 + Qσ ) |BR| для всех t ∈ [t∗, t̄]. По условию (2.1) l выбрана таким образом, что (l/(l − 2))2 < (1− α0/2)(1 + α0). Выберем σ достаточно малым, чтобы C1.6l2λ−1 σλ+1(l − 2)2 ln 2 ≤ 3 8 α2 0, Qσ ≤ 3 8 α2 0. Тогда |{z ∈ BR : u > µ +− w 2s0+l }| ≤ (1− α2 0 + 3 8 α2 0 + 3 8 α2 0)|BR| = (1− (α0/2)2)|BR| для каждого t ∈ [t̄− (α0/2)θ0R λ+1, t̄], поскольку t∗ ≤ t̄− (α0/2)θ0R λ+1. Что и требо- валось доказать. ¤ Замечание 4.1. Условие (4.2) выполняется для всех t̄ ≤ t0 : t0 ≥ t̄ ≥ t0 − (θ∗ − θ0)Rλ+1. Лемма 4.2 выполняется для t ∈ [t̄ − (α0/2)θ0R λ+1, t̄], значит, t ∈ [t0 − (θ∗ − θ0)Rλ+1 − (α0/2)θ0R λ+1, t0] = [t0 − (θ∗ − (1− (α0/2))θ0)Rλ+1, t0]. Заметим, что θ∗ − (1 − (α0/2))θ0 = (2s∗/w)λ−1 − (1 − (α0/2))(2s0/w)λ−1 ≥ (2s∗/w)λ−1(1 − 1/(1 + α0/2)) = θ∗(α0/(α0 + 2)) > θ∗α0/3. Значит, лемма 4.2 выполняется для всех t ∈ [t0 − (α0/3)θ∗Rλ+1, t0]. Лемма 4.3. Если (4.2) выполняется, тогда для каждого α0 ∈ (0, 1), удовлетво- ряющего (2.1), существует целое положительное s∗, определенное в (2.2), такое что на цилиндре Ss∗ R (α0) = BR × [t̄− (α0/3)θ∗Rλ+1, t̄] либо w ≤ 2s∗Rε, либо ∣∣∣(z, t) ∈ Ss∗ R : u(z, t) < µ+ − w 2s∗ ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣∣Ss∗ R ∣∣∣ . Доказательство. Используем неравенство (1.5). Рассмотрим цилиндры Sp R(α0) и Sp 2R(α0). Выберем срезающую функцию ξ(z, t), которая равна единице на Sp R(α0), нулю вне Sp 2R(α0), и такую, что ξ(z, t̄ − (α0/3)(2p/w)λ−12Rλ+1) = 0, 0 < ξτ ≤ Cξ/((α0/3)(2p/w)λ−12Rλ+1), |DLξ| ≤ 2/R. Уровень k = µ+ − w/2p−1, p > s0 + l. Тогда неравенство (1.5) принимает вид ∫ ∫ Sp R(α0) |DL(u− k)+|λ+1dzdτ ≤ C1.5 Rλ+1 ∫ ∫ Sp 2R(α0) [(u− k)+]λ+1dzdτ+ + 3C1.5 (α0/3)( 2p w )λ−12Rλ+1 ∫ ∫ Sp 2R(α0) [(u− k)+]2dzdτ ≤ C4.32Q+λ+1 α0Rλ+1 ( w 2p )λ+1 |Sp R(α0)|. (4.3) 137 В.А. Маркашева Теперь используем лемму 2.1 на шаре BR. Выберем l = µ+−w/2p, k = µ+−w/2p−1. Тогда для всех t ∈ [t̄− (α0/2)θ0R λ+1, t̄] λ ( w 2p ) |{z ∈ BR, u < µ+ − w 2p }| ≤ C2.4|BR| Q+1 Q mes (BR −A+ k,R) ∫ A+ k,R−A+ l,R |DLu|dz. Лемма 4.2 дает на отрезке [t̄− (α0/3)(2p/w)λ−1Rλ+1, t̄] для всех p ≤ s∗ оценку mes (BR −A+ µ+− w 2p−1 ,R ) ≥ (α0 2 )2 |BR|. Используя последнюю оценку, получаем ( w 2p ) mes (A+ µ+− w 2p ,R (t)) ≤ 4C2.4 α2 0 |BR| 1 Q ∫ A+ k,R−A+ l,R |DLu|dz. Обозначим Ap = t̄∫ t̄−( α0 3 )( 2p w )λ−1 Rλ+1 mes {A+ µ+− w 2p ,R (t)}dt. Тогда, проинтегрировав последнее неравенство по t на отрезке [t̄− (α0/3)(2p/w)λ−1Rλ+1, t̄], и применив неравенство Гельдера, получаем ( w 2p ) Ap ≤ ≤ 4C2.4 α2 0 |BR| 1 Q   ∫ ∫ Sp R(α0) |DL(u− k)+|λ+1dzdτ   1 λ+1 (Ap −Ap−1) λ λ+1 . Используем (4.3) ( w 2p )λ+1 λ Ap λ+1 λ ≤ ≤ ( 4C2.4 α2 0 )λ+1 λ |BR| λ+1 λQ ( C4.32Q+λ+1 α0Rλ+1 ( w 2p )λ+1 |Sp R(α0)| ) 1 λ (Ap −Ap−1), Ap λ+1 λ ≤ 2 2(λ+1) λ + Q+λ+1 λ C λ+1 λ 2.4 C 1 λ 4.3 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Sp R(α0)| 1λ (Ap −Ap−1) = = C4.4 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Sp R(α0)| 1λ (Ap −Ap−1), (4.4) s∗∑ p=s0+l+1 A λ+1 λ p ≤ C4.4 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Ss∗ R (α0)| 1 λ s∗∑ p=s0+l+1 (Ap −Ap−1). 138 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 Поскольку для всех p ≤ s∗, As∗ ≤ Ap, имеем [s∗ − s0 − l − 1]A λ+1 λ s∗ ≤ C4.4 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Ss∗ R (α0)| 1 λ As∗ , As∗ ≤ C4.4 [s∗ − s0 − l − 1]λα0 2 λ + 1 λ(λ+1) |Ss∗ R (α0)| ≤ C4.4 s∗λα3 0 |Ss∗ R (α0)|. s∗ задано достаточно большим, чтобы C4.4/(s∗λα3 0) ≤ α0. Лемма доказана. ¤ Лемма 4.4. Предположим, что (4.2) выполняется, тогда s∗, определенное в (2.2), таково, что либо w ≤ 2s∗Rε, либо u < µ+ − w 2s∗+1 для всех (z, t) ∈ Ss∗ R/2(α0). Доказательство. Поскольку выполняется (4.2), то справедлива лемма 4.3. Из леммы 4.3 следует, что справедливо условие (2.7) при ρ = R, s = s∗, k = µ+ − w 2s∗ . Поскольку u ∈ Vλ+1(Ss ρ(z, t̄)), то верно неравенство (1.5). Используем лемму 2.7. Лемма 4.4 доказана. ¤ Утверждение 4.5. Положительное целое s∗, не зависящее от w и R, опреде- ленное в (2.2), таково, что если верно (4.2) сразу для всех t̄ на всех Ss0 R (z0, t̄), тогда либо w ≤ 2s∗Rε, для некоторого ε : 0 < ε < (λ + 1)/(λ− 1), либо ess osc Ss∗ R/2 (α0) u ≤ w ( 1− 1 2s∗+1 ) , где Ss∗ R/2(α0) = BR/2 × (t0 − (α0/3)θ∗(R/2)λ+1, t0). Доказательство. Если выполняется условие (4.2), и H+ = ||(u− [µ+ − w 2s0+1 ])−||∞,S s0 R ≥ w 2s0+2 , то справедливы леммы 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, откуда u(z, t) < µ+ − w 2s∗+1 для всех (z, t) ∈ Ss∗ R/2(α0)(z0, t0). Следовательно, ess sup Ss∗ R/2 (α0)(z0,t0) u(z, t) ≤ µ+ − w 2s∗+1 . Тогда ess osc Ss∗ R/2 (α0) u(z, t) = ess sup Ss∗ R/2 (α0) u(z, t)− ess inf Ss∗ R/2 (α0) u(z, t) ≤ 139 В.А. Маркашева ≤ µ+ − w 2s∗+1 − µ− = w ( 1− 1 2s∗+1 ) . Если же H+ = ||(u− [µ+ − w 2s0+1 ])−||∞,S s0 R < w 2s0+2 , то ess sup Ss∗ R/2 (α0) u(z, t) ≤ µ+ − w 2s0+1 + w 2s0+2 = µ+ − w 2s0+2 ≤ µ+ − w 2s∗+1 . Утверждение доказано. ¤ 5. Доказательство теоремы вложения. Утверждение 5.1. Пусть u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C1.5, C1.6). Точка (z0, t0) ∈ ST та- кова, что для некоторых R0 > 0 и ε > 0 цилиндр Sε R0 = BR0(z0)×[t0−R λ+1−ε(λ−1) 0 , t0] ⊂ ST . Для определенного в (2.2) положительного целого s∗, любого R : 0 < R ≤ R0 и w : 0 < w ≤ 2M̄, ess osc Ss∗ R (z0,t0) u(z, t) ≤ w, где Ss∗ R = BR × [t0 − (2s∗/w)λ−1Rλ+1, t0] справедливо: либо w ≤ 2s∗+1Rε, либо най- дутся такие σ0 ∈ N и η0 ∈ (0, 1), что ess osc S σ0 R/8 (z0,t0) u(z, t) ≤ η0w. (5.1) Замечание 5.1. Точка (z0, t0) – произвольная фиксированная точка из ST . Доказательство. Справедливо либо утверждение 3.4, либо утверждение 4.5. Следовательно, либо w < 2s1Rε, откуда немедленно следует, что w ≤ 2s∗+1Rε, либо ess osc Ss∗ R/2 (α0) u ≤ w ( 1− 1 2s∗+1 ) , где Ss∗ R/2(α0) = BR/2 × (t0 − (α0/3)θ∗(R/2)λ+1, t0), либо w ≤ 2s∗+1Rε, либо ess osc S s1 R/8 (z0,t0) u < w ( 1− 1 2s0+m+1 ) , где s1 ≤ s∗, m ≥ s∗. Выберем σ0 ∈ N – максимальное, при условии что 2σ0(λ−1) ≤ (α0/3)2s1(λ−1) и η0 = (1− (1/2s0+m+1)). Утверждение следует из элементарных оценок. ¤ Пусть θ̄ = ( 2s∗/w̄ )λ−1 , w̄ – будет определена позднее, Sε R0 = BR0×(t0−R (λ+1)−ε(λ−1) 0 , t0), S θ̄ R0 = BR0 × (t0− θ̄Rλ+1 0 , t0). Определим последовательность вложенных цилин- дров {Sh}∞h=0. Если ess osc Sε R0 u(z, t) ≤ 2s∗Rε 0, 140 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 тогда положим w0 = 2s∗Rε 0, S0 = BR0 × (t0 − (2s∗/w0)Rλ+1 0 , t0) = Sε R0 . В противном случае, если ess osc Sε R0 u(z, t) > 2s∗Rε 0, существует w̄ : 2s∗Rε 0 < w̄ ≤ 2M̄, такая, что ess osc Sθ̄ R0 u(z, t) ≤ w̄. Положим w0 = w̄, S0 = S θ̄ R0 . Для h = 0, 1, 2, .. wh = max[η0wh−1, 2s∗Rε h−1], θh = (2s∗/wh)λ−1, Rh = R0/Ch 5.2, Sh = Sθh Rh = BRh (z0)× [t0 − ( 2s∗ wh )λ−1 Rλ+1 h , t0], где C5.2 = 8 ( 2s∗−σ0/η0 )λ+1 λ−1 . (5.2) Утверждение 5.2 . Пусть выполняются требования утверждения 5.1, тогда для определенной выше последовательности цилиндров справедливо: Sh−1 ⊂ Sh, ess osc Sh u(z, t) ≤ wh, h = 0, 1, 2, .. (5.3) Доказательство. Заметим, что для h = 1, 2, .. Rh−1 > Rh, wh−1 > wh. Действи- тельно, первое неравенство очевидно. Для второго неравенства возможны два слу- чая. Если 2s∗Rε h−1 ≤ η0wh−1, то wh = η0wh−1 < wh−1, иначе, η0wh−1 < 2s∗Rε h−1, и wh = 2s∗Rε h−1 < 2s∗Rε h−2 < max[η0wh−2, 2s∗Rε h−2] = wh−1. Но число C5.2 выбрано таким образом, что справедлива оценка ( 2s∗ wh )λ−1 Rλ+1 h ≤ ( 2σ0 wh−1 )λ−1 ( Rh−1 8 )λ+1 ≤ ( 2s∗ wh−1 )λ−1 Rλ+1 h−1. Откуда имеем Sh−1 ⊂ Sh. Докажем оставшуюся часть (5.2) методом математичес- кой индукции. При h = 0 утверждение (5.2) тривиально выполняется. Предпола- гаем, что (5.2) справедливо при h = k − 1. Докажем (5.2) для случая h = k. Из предположений имеем ess osc Sk−1 u(z, t) ≤ wk−1. В утверждении 5.1 выберем w = wk−1, R = Rk−1. Заметим, что случай wk−1 ≤ 2s∗Rε k−1 ≤ max[η0wk−1, 2s∗Rε k−1] = wk дает ess osc Sk u(z, t) ≤ ess osc Sk−1 u(z, t) ≤ wk−1 ≤ wk. В противном случае, для Sσ0 Rk−1/8 = BRk−1 ×(t0−(2σ0/wk−1)λ−1(Rk−1/8)λ+1, t0) верна оценка ess osc S σ0 Rk−1/8 u(z, t) ≤ η0wk−1 ≤ max[η0wk−1, 2s∗Rε k−1] = wk. 141 В.А. Маркашева В силу выбора C5.2 верно вложение Sk ⊂ Sσ0 Rk−1/8. Имеем ess osc Sk u(z, t) ≤ ess osc S σ0 Rk−1/8 u(z, t) ≤ wk. Утверждение (5.2) полностью доказано.¤ Теорема 5.3. Пусть u ∈ Vλ+1,loc(ST ) ∩ L∞,loc(ST ) – слабое решение уравнения (1.1). Тогда u(z, t) – локально гёльдерово на ST и для любого компакта K ∈ ST су- ществует постоянные ᾱ ∈ (0, 1) и C(ᾱ), зависящие только от параметров задачи и diamK, такие что |u(z1, t1)− u(z2, t2)| ≤ C(ᾱ)(dᾱ(z1, z2) + |t1 − t2| ᾱ λ+1 ). Доказательство теоремы 5.3. Положим ᾱ = min{(ε,− logCε 5.2 η0}, C(ᾱ) = max{2s∗Rε 0, w0}Cᾱ 5.2. Полагаем R0 и ε такие, что K ⊂ Sε 0. Из утверждения 1.1 следует, чтo условия утверждения 5.1 выполняются, тогда справедливо утверждение 5.2. Пускай r : 0 < r ≤ R0 – произвольное. Найдется такое h0 ∈ N, что Rh0+1 ≤ r < Rh0 ≤ C5.2r < Rh0+1. Тогда легко заметить, что Sε r ⊂ Sh0+1 и ess osc Sh0+1 u(z, t) ≤ wh0+1, тогда ess osc Sε r u(z, t) ≤ ess osc Sε h0+1 u(z, t) ≤ wh0+1 = max{2s∗Rε h0 , η0wh0} ≤ ≤ max{2s∗Rε 0, wh0}max{C−εh0 5.2 , ηh0 0 }. Отметим, что в силу выбора ᾱ имеем η0 ≤ C−ᾱ 5.2 . Поскольку Rh0 ≤ C5.2r, то C−h0 5.2 ≤ (C5.2r)/R0. Откуда имеем max{C−εh0 5.2 , ηh0 0 } ≤ ( C5.2r R0 )ᾱ . Следовательно, для любого r : 0 < r < R0 ess osc Sε r u(z, t) ≤ max{2s∗Rε 0, wh0} ( C5.2r R0 )ᾱ = C(ᾱ)R−ᾱ 0 rᾱ. Откуда следует справедливость теоремы 5.3.¤ Автор выражает благодарность А.Ф.Тедееву за руководство над работой и А.В.Ма- ртыненко за полезные обсуждения результатов работы. 1. Baouendi M.S. Sur une classe d’opérateurs elliptiques dégénérés // Bull. Soc. Math. France. – 1967. – Vol.95. – P.45-87. 142 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 2. Di Benedetto E. On the Local Behaviour of Solutions of Degenerate Parabolic Equations with Measurable Coefficients // Ann. Sc. Norm. Pisa Cl.Sci. – 1986. – Vol.13 (3). – P.487-535. 3. Franchi B., Lanconelli E. Une metrique associee a une classe d‘operateurs elliptiques degeneres // Toronto: Rend. Sem. Mat. Univ. Politec. – 1984. 4. Franchi B., Lanconelli E. Holder regularity theorem for a class of linear nonuniformly elliptic operators with measurable coefficients // Ann. Scuola Norm. Sup. Pisa Cl. Sci. – 1983. – Vol.10 (4). – P.523-541. 5. Garofalo N., Nhieu D.-M. Isoperimetric and Sobolev Inequalities for Carnot-Caratheodory Spaces and the Existence of Minimal Surfaces // Comm. Pure Appl. Math. – 1996. – Vol.49. – P.1081-1144. 6. Grushin V.V. On a class of hypoelliptic operators // Math USSR Sbornik. – 1970. – Vol.12 (3). – P.458-476. 7. Kalashnikov A.S. Some properties of the qualitative theory of nonlinear degenerate second-order parabolic equations // Russian Math. Surveys. – 1987. – Vol.42. – P.169-222. 8. Ладыженская О.А., Солонников В.А., Уральцева Н.Н. Линейные и квази линейные уравнения параболического типа. – М.: Наука, 1967. – 736с. Ин-т прикл. математики и механики НАН Украины, Донецк w9071981@yandex.ru Получено 26.03.08 143