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        關(guān)于L2(Ω,R3)中方程divb=0

        2016-10-27 10:22:00陳思萍婁增建
        關(guān)鍵詞:邊界定理證明

        陳思萍,婁增建

        (汕頭大學(xué)數(shù)學(xué)系廣東汕頭515063)

        關(guān)于L2(Ω,R3)中方程divb=0

        陳思萍,婁增建

        (汕頭大學(xué)數(shù)學(xué)系廣東汕頭515063)

        對于b∈L2(Ω,R3),ν·b|?Ω=0,運用一個初等方法我們證明方程div b=0有一個解b=curlφ,其中φ屬于Sobolev空間

        方程;L2(Ω,R3);Sobolev空間

        0 引言

        設(shè)Ω為Rn中以?Ω為邊界的一個開區(qū)域.定義(Ω)為Ω上具有緊支集的無限次可微函數(shù)構(gòu)成的線性空間.設(shè)′(Ω)為(Ω)的對偶空間,即Ω上的分布函數(shù)構(gòu)成的空間.對于u∈(′Ω),定義?αu如下:

        其中?αφ=,α=(α1,…,αn).在分布意義下,u的梯度定義為

        設(shè)U=(u1,…,un)是Ω上的向量值函數(shù),其每個分量局部可積,U的散度定義為

        U的旋度是一個矩陣,矩陣的元素由下式給出

        設(shè)m∈N+,1≤p<∞,s=m+σ,其中0<σ<1.定義Sobolev空間:

        且范數(shù)

        用Ws,p(Ω)表示Ω上滿足下面條件的分布函數(shù)構(gòu)成的空間

        對于s>0,定義

        且用W-s,p′(Ω)表示Ω)的對偶空間,其中1/p+1/p′=1.當(dāng)p=2時,(Ω)和W(Ω)通常記為Hs(Ω)和(Ω),W-s,2(Ω)記為H-s(Ω)且范數(shù)為

        關(guān)于Sobolev空間,參見文獻[1].

        現(xiàn)在我們考慮Hs(Ω)中函數(shù)的邊界值.設(shè)Ω為Rn內(nèi)的一個Lipschitz區(qū)域,Ω局部地在函數(shù)φ的圖像的下方(關(guān)于旋轉(zhuǎn)),?Ω可由φ的圖像表示,且?Ω的正則性可由φ的正則性確定.對于0≤|α|≤1,若?αφ是Lipschitz連續(xù)的,則稱?Ω屬于C1,1.我們可以定義?Ω上的分布構(gòu)成的Sobolev空間Hm(?Ω)(確切的定義可以參見文獻[1]和[2]).

        設(shè)Ω是具有C1,1邊界?Ω的區(qū)域,且n=3.用(Ω,R)3表示函數(shù):f∶Ω→R3構(gòu)成的空間,且函數(shù)的每一個分量都屬于(Ω).在文獻[6],Neas證明了,如果f∈L(2Ω)且

        ν表示向外的單位法向量.換句話說,我們證明了對于向量值函數(shù)b∈L2(Ω,R3)且ν· b|?Ω=0,方程div b=0有一個解b=curl φ,其中φ屬于Sobolev空間(Ω,R3).關(guān)于Hardy空間中的零散度向量的研究可以參見文獻[3-5].

        1 定理及其證明

        定理.設(shè)Ω是R3中具有C1,1邊界的有界單連通域.若b∈L2(Ω,R3)且ν·b|?Ω=0,則在Ω上,方程

        這里常數(shù)C僅依賴于域Ω.

        定理的證明需要用到以下引理(見[2,命題1.3])

        引理.設(shè)Ω為R3中具有C1,1邊界的有界域.對于f∈H-2(Ω),g1∈H3/2(?Ω),g2∈H1/2(?Ω),問題:

        只有一個解ψ∈H2(Ω),并且

        在引理中令f=0,g1=0,則存在ψ∈H(2Ω)使得

        令φ2=▽ψ,那么我們得φ2∈H1(Ω,R3)且

        其中我們用到了如下事實,即在?Ω上ν×▽ψ=0當(dāng)且僅當(dāng)ψ在?Ω的每一個連通支集上都是常數(shù).

        設(shè)φ=φ1-φ2.我們得φ∈H1(Ω,R3)且

        定理證明完畢.

        推論.在定理中令Ω為R3中的一個球B,我們有b=curl φ,這里(B,R3)且滿足:

        致謝.感謝A.McIntosh和M.Costabel兩位教授提出的有益建議.

        [1]ADAMS R.Sobolev spaces[M].NewYork;Academic Press,1975.

        [2]GIRAULT V,RAVIART P A.Finite element methods forNavier-Stokes equations,theory and algorithms [M].Berlin Heidelberg:Springer-Verlag,1986.

        [3]LOU Z J,MCINTOSH A.Hardy spaces of exact forms onRn[J].Trans Amer Math Soc,2005,357(4):1469-1496.

        [4]LOU Z J,MCINTOSH A.Hardy spaces of exact forms on Lipschitz domains inRn[J].Indiana Univ Math J,2004,53(2):583-611.

        [5]LOU Z J,MCINTOSH A.Divergence-free Hardy space onRn+[J].Science in China(Ser A),2004,47(2):198-208.

        The Equation div b=0 in L2(Ω,R3)

        CHEN Siping,LOU Zengjian
        (College of Science,Shantou University,Shantou 515063,Guangdong,China)

        For b∈L2(Ω,R3),with an elementaryproofwe showthat the equation div b=0 has a solution b=curl φ for φ in the Sobolev space

        equation;L2(Ω,R3);Sobolev space

        O 174.22

        A

        1001-4217(2016)01-0003-04

        2015-12-08

        陳思萍(1990—),女,廣東人,研究生,研究方向:解析函數(shù)空間.E-mail:1183405833@qq.com

        婁增建(1963—),男,山東人,教授,研究方向:調(diào)和分析與復(fù)分析.E-mail:zjlou@stu.edu.cn

        基目項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(11171203,11571217),廣東省自然科學(xué)基金(2014A030313471)和廣東省高校國際暨港澳臺科技合作與創(chuàng)新平臺項目(2014KGJHZ007).

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