武 繼 龍
(天津大學 理學院,天津 300350)
半群理論在證明帶時滯Euler梁方程適定性中應用
武 繼 龍
(天津大學 理學院,天津 300350)
在研究帶有時滯問題的Euler梁方程時,要在原有的方程基礎上首先要討論Euler梁方程的適定性,用半群中的一些理論證明出Cauchy初值問題的適定性的充分必要條件,將帶有時滯的Euler梁方程適定性問題轉化為Cauchy初值問題的適定性問題,利用耗散算子的性質來討論在什么樣的時滯條件下,Euler梁方程是適定的.
耗散算子;Cauchy初值適定性;半群理論;Euler梁方程
定義1 Cauchy初值問題是指形如下的方程初值問題:
(1)
定義2若u(t)具有下面的性質:1)對任意的連續t≥0,u(t)連續; 2)對t>0,u(t)∈D(A)且連續可微的;3)滿足方程(1)和初始條件.
函數u(t)為方程(1)的古典解.
定義4 設X是Banach空間,{T(t),t≥0} 是X→X的有界線性算子族且滿足T(0)=I(I是X上的恒等算子),T(s+t)=T(t)T(s) 對一切s≥0成立.則稱{T(t),t≥0)是X上的有界線性算子半群.
定義5 設X是Banach空間,X上的有界線性算子半群{T(t),t≥0} 如果滿足
對一切x∈X成立則稱此半群為C0半群.
定義6 設{T(t),t≥0)是X上的有界線性算子半群,若定義在X中的線性算子A滿足
則稱A是半群{T(t),t≥0}的母元.
定理2[2]{T(t),t≥0}是Banach空間X上的半群,A為母元,w0(T)為增長階若λ∈C
且
Rλ>w0(t), 則λ∈ρ(A),
即
{λ∈C|Rλ>w0(t)}?ρ(A)
定理3設{T(t),t≥0 是Banach空間X上的C0半群,A是其母元,則x∈D(A)T(t)x∈D(A)且T(t)具有連續可微性.
從而,對x∈D(A)式
證明:x∈D(A),t,h> 0由于
所以
T(t)x∈D(A)
AT(t)x=T(t)Ax
當t,h> 0時
綜上所述
將上式從s到t積分得
證畢
定理4 設X是Banach空間,{T(t),t≥0}是X上的一個C0半群,存在β>0,使得當0≤t≤β時,‖T(tn)‖一致有界.
證畢
定理5 設A是Banach空間X上的C0半群{T(t),t≥0}的母元,則A是閉稠定算子.
證明:對于A是稠定算子已經給出現在只需要證明A是閉算子即可,設xn∈D(A)當n→∞時有xn→x,Axn→Ax,Ax=y由定理2可得
因為T(s)為有界線性算子,由定理4關于s在 [0 ,t]上一致有界,Axn為收斂列也是有界的,所以‖T(s)Axn‖在[0,t] 上也是一致有界的,存在M> 0,使得‖T(s)Axn‖≤M,S∈[0,t],n≥1根據收斂控制定理得
也就是
得到
x∈D(A),Ax=y,由閉算子定義可知A是閉算子.
綜上得A是閉稠定線性算子.證畢
定理6 Cauchy初值問題
是適定的,A是閉稠定算子且ρ(A)=φ的充分必要條件是A是Banach空間X上的 半群的生成母元.
證明:首先證明定理的充分性,由定理2可知對x∈D(A) ,T(t)x是關于t的連續可微函數,再由定義2可知T(t)x是Cauchy初值問題的古典解,這就證明了Cauchy初值問題的解的存在性.又因為T(t)是有界的,即存在M>0,使得‖T(t)‖≤M當x,y∈D(A)且‖x-y‖→0;時有‖T(t)x-(t)y‖≤M‖x-y‖→0,根據定義3可知T(t)x是對初值具有連續依賴性的.綜上可知Cauchy 初值問題是適定的,其解為T(t)x,根據定理3可知ρ(A)非空,由定理4得A是閉稠定算子.充分條件證畢.
定義7設X是Banach空間,A:D(A)?X→X是一個線性算子,如果對每個x∈D(A)都存在一個y∈X*使得R(Ax,y)≤0,則稱A為耗散算子.
定理7設A是Banach空間X上的閉稠定耗散算子,且0∈ρ(A)則A是X上某C0壓縮半群的母元[4].
帶時滯的歐拉梁方程的基本形式如下
(2)
其中α>0,β∈.
把公式z(x,t)=wt(1,t-xτ),x∈(0,1)帶入方程(2)中則變為以下形式[5]
9年前,在重慶市巫溪縣,龔正銀的爸爸患病住了院,盡管花光了家里的所有積蓄為他治病,但最后他還是去世了。2年后,龔正銀的哥哥不幸溺水身亡,家里只剩下龔正銀和媽媽倆人相依為命。那年,龔正銀14歲,家中接二連三遭遇變故,他不得不輟學。為了生計,媽媽準備帶著他去合肥打工,但恰巧當時媽媽的手機欠費停機,不方便與合肥的親戚聯系。龔正銀對媽媽說:“我試一試去移動營業廳賒話費?!闭f完,龔正銀就出門了。
(3)
其中<α>β∈
所以可以將方程組(3)改寫成Cauchy初值問題形式如下
(4)
其中Y(t)和Y(0)表示如下
Y(t)=(w(x,t),wt(x,t),z(x,t)),
Y(0)=(w0(x),w1(x),f(-xτ))
只需要證明方程(4)是適定的即可至方程組(1)是適定的.
(5)
方程組(5)的邊界條件為[6]
經過計算得方程組(5)的解為
其中
從而可知算子A是單射,又因為算子A是在空間H中的閉稠定線性算子[7],所以可知算子A是雙射[8],從而可知0∈ρ(A).
第二步證明A是耗散算子,設任意的η=(f,g,h)∈D(A),可以得到
根據上述結果可得當α≥|β|時(Aη,η)H≤0 由定義(2.1)得A是耗散算子.
由于0∈ρ(A) 且A是耗散算子,由定理7可知A是X上某C0壓縮半群的母元.
再根據第一部分Cauchy 初值問題適定的充要條件定理6可知方程組(3)是適定的,即當α≥|β|帶時滯的歐拉梁方程(2)是有解的.
證畢
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Application of semigroup theory in proving feasibility of Euler-beam
WU Ji-long
(School of Science, Tianjin University, Tianjin 300350, China)
The feasibility of Euler-beam is necessary to study Euler-beam. This paper used semigroup theory to prove the feasibility of Cauchy initial value problems in sufficient and necessary conditions. And transfered the problem of Euler-beam to the problem of Cauchy. And used the dissipative operator theory to discuss the feasibility of time delay Euler-beam.
dissipative operator;initial value problems of Cauchy equations; semigroup theory; Euler-beam equation
2016-05-14.
國家自然科學基金項目(61174080)
武繼龍(1991-),男,碩士,研究方向:運籌學與控制論.
O152
A
1672-0946(2017)02-0214-04