数学 偏微分方程

极值原理

设满足 , 则 不能在 内达到它在 上的非负最大值。

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极值原理 #

考虑 Lu=Δu+c(x)u=f(x)Lu=-\Delta u+c(x)u=f(x), c(x)0c(x)\geqslant 0.

引理

设满足 Lu=f<0Lu=f<0, 则 uu 不能在 Ω\Omega 内达到它在 Ω\overline{\Omega} 上的非负最大值.

定理 弱极值原理

满足 Lu=f0Lu=f\leqslant 0, 则 uuΩ\overline{\Omega} 上的非负最大值必在 Ω\partial\Omega 上达到, 即

supxΩu(x)supxΩu+(x)\sup\limits_{x\in\overline{\Omega}}u(x)\leqslant\sup\limits_{x\in\partial\Omega}u^+(x)

其中 u+(x)=max{u(x),0}u^+(x)=\max\{u(x),0\}.

引理 边界点引理

SSRn\mathbb{R}^n 的一个球, 在 SSc(x)0c(x)\geqslant 0 且有界, 如果 uC1(S)C2(S)u\in C^1(\overline{ S})\cap C^2(S) 且满足条件

  • (1) Lu0Lu\leqslant 0;
  • (2) x0S,u(x0)0x^0\in\partial S, u(x^0)\geqslant 0 且当 xSx\in S u(x)<u(x0)u(x)<u(x^0) 则有
uνx=x0>0,\frac{\partial u}{\partial \vec \nu}\big|_{x=x^0}>0,

其中 ν\vec\nuS\partial Sx0x^0 的单位外法向量 n\vec n 的夹角小于 π2\frac{\pi} {2}.

定理 强极值原理

Ω\Omega 是有界连通开区域, 在 Ω\Omegac(x)0c(x)\geqslant 0 且有界, uC(Ω)C2(Ω)u\in C(\overline{\Omega})\cap C^2(\Omega) 并满足 Lu0Lu\leqslant 0, 如果 uu 在内部达到非负最大值, 则 uu 恒为常数.

最大模估计 #

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