二阶奇异微分方程两点边值问题

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随着科学技术的发展,在物理学、化学、生物学、经济学、工程学等诸领域中出现了各种各样的非线性问题.气体动力学、流体力学、边界层理论等中的很多非线性问题,都可以用奇异常微分方程来描述.鉴于奇异常微分方程广泛的应用背景和深刻的数学意义,对它的理论研究引起了许多学者的关注.在非线性微分方程的奇异边值问题方面的研究,也取得了丰富的成果.近年来,经典的Monge—Ampere方程作为一种特殊的非线性常微分方程,在应用数学各领域的的重要作用日益突显,引起了许多数学工作者对这类方程正解的存在性的研究[1][3],[5]—[7]。 考虑如下边值问题文献[1]中胡守川等研究得到了边值问题(I)中函数f在v=0处非奇异且f在[0,+∞)上连续单增时,边值问题(I)至多存在一个正解及两个正解的充分条件.文献[6]中Lions等研究了如下边值问题其中B={x∈Rn:|c|<1}是Rn上的单位球,且D2u=(()2u/()xi()xj)是关于u的黑塞矩阵.对完全非线性运算det(D2u)来说,函数f(u)=un可以看做线性的.事实上,在文献[6]中Lions等证明了,当f(u)=un时,边值问题存在唯一特征值λ1,更确切地说,λ1>0且相应的特征函数ψ1是一个负的凹函数,而任意其他特征函数都是ψ1与一个正常数乘积的形式.另外,注意到二阶椭圆算子或更一般地由Krein—Rutman定理给出了算子的第一个特征值的性质,对于一般函数f,λ1可看作边值问题(II)的歧点,文中所谓次线性和超线性函数f(u)的定义都与un有关.文献[7]中,在f(u)= up,()p,0<p≠n的条件下,Kutev等将边值问题(II)简化为得到了边值问题(II)唯一非零凸径向对称解的存在性,关于凸径向对称解的讨论,见文献[3],[7]。 本文运用锥上的不动点理论和逼近技巧,得到了当边值问题(I)中函数f可能在v=0处奇异或函数f可能变号时,边值问题(I)正解的存在性,结果做的比文献[1],[6],[7]要广.全文共分两章: 在第一章中,我们首先用函数g(v)+h(v)代替f(v),借助文献[11],[42—44]的思想,研究得到了如下边值问题的唯一正解的存在性,其中h(v)可能在v=0处奇异,g(v)在(0,+∞)上关于v非减,h(v)在(0,+∞)上关于v非增.文末给出了例子,说明定理的应用.接下来,主要采用两种方法研究了边值问题(I)当函数f可能在v=0处奇异时,边值问题(I)正解的存在性.一种方法是利用锥上不动点定理,Leray—Schauder型原理及解的逼近技巧,另外一种是上下解方法.此外,还研究了边值问题(I)最小正解的存在性,以及正解存在的充要条件.最后研究了函数f变号时,边值问题(I)正解的存在性。 在第二章中,主要研究当函数f可能在v=0处奇异时,问题(I)多个正解的存在性,我们首先研究了二阶奇异边值问题两个正解的存在性,其中非线性项g+h可能在v=0处奇异,并给出了相关的例子.最后利用了凹泛函和不动点定理,研究了问题(I)三个正解的存在性。
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