帶時間依賴慣性系數的Cahn-Hilliard方程的適定性

2024-03-07 01:32:42劉生清姜金平任麗宇

湖北大學學報(自然科學版) 2024年2期

劉生清,姜金平,任麗宇

(延安大學數學與計算機科學學院, 陜西延安 716000)

0 引言

2008年,Galenko P等[1]提出了含慣性項的Cahn-Hilliard方程,由于慣性項的加入使得方程從拋物方程變成了雙曲方程;2018年,Khanmamedov A等[2]討論在相應的初邊值條件下弱解的適定性,并證明了整體吸引子的的存在性;在此基礎上,丁蓉等[3]、史苑等[4]研究了帶有慣性項的Cahn-Hilliard方程光滑解的存在性和爆破行為以及弱解的適定性問題;文獻[5-8]中估計了具有慣性項的黏性Cahn-Hilliard方程解和指數吸引子問題。2014年,Contin等[9]基于Pata提出的時間依賴吸引子的概念給出了有界域上證明耗散性偏微分方程時間依賴全局吸引子的方法;馬巧珍等[10]用此方法分別證明了帶線性記憶的波方程時間依賴漸近行為和梁方程的時間依賴吸引子存在性問題;2021,年劉迪等[12]研究了帶時間依賴擴散系數的分數階非經典擴散方程的適定性。近年來,很多研究者對Cahn-Hilliard方程產生了濃厚的興趣,目前關于帶慣性項的Cahn-Hilliard方程研究已有很多,但是對于慣性項系數為依賴于時間的函數的研究還鮮少有相關文獻,本文中研究亞三次非線性條件下,慣性項系數依賴于時間的Cahn-Hilliard方程解的適定性。

考慮如下帶有時間依賴慣性系數的Cahn-Hilliard方程的適定性。

(1)

其中,Ω是2中具有光滑邊界?Ω的有界正則域,h∈L2(Ω)且非線性函數f滿足下列條件:

f∈C2(),|f″(x)|≤C(1+|x|p),?x∈,p<1

(2)

(3)

(4)

時間依賴的慣性系數ε(t)是非負遞減的函數,滿足

(5)

且存在常數L>0,使得

(6)

當ε(t)為不依賴于時間t的函數而為ε>0的常系數時方程為一般的帶慣性項的Cahn-Hilliard方程。

1 基本假設

注1[2]對任意的f∈C3(),且具有增長條件

|f?|≤C(1+|x|p),?x∈,p<1

(7)

該條件為(4)中當α=1時的情況。

注2若u(x,t)是方程(1)的弱解,我們有

ε(t)utt+ut+Δ2u-Δf(u)=h(x)

(8)

在文獻[13]中定義兩個算子γ0和γ1,滿足以下性質

γ0(v)是HΔ(Ω):={u∈L2(Ω):Δu∈L2(Ω)}到H-1/2(?Ω)的線性算子,γ1(v)是HΔ(Ω):={u∈L2(Ω):Δu∈L2(Ω)}到H-3/2(?Ω)的線性連續算子。

引理1[2]設g∈C1(),且

|g(x)≤M(1+|x|p)|,?x∈

(9)

(10)

其中p<1,0≤q<α≤1,M≥1且r≥1。

(11)

(12)

(13)

引理2[2]設f∈C2(),且

其中α>o,q≥0,M≥1且r≥1。則有以下不等式成立

其中fμ(x)=(f*ρμ)(x)。

2 弱解的適定性

‖u(t)‖H2(Ω)+ε(t)‖ut(t)‖L2(Ω)≤c1(‖(u0,u1)‖H2(Ω)×L2(Ω)),?t≥0,

其中c1是→上的一個非減函數。

(14)

+(F(u(t)-f(0)u(t),1)-(h,(-Δ)-1u(t)))

-(h,(-Δ)-1u(s)),0≤s≤t

(15)

(16)

其中Q:+→+是非減函數。

下面將(1)式乘以2ut+δu并在Ω上進行積分,得

=(f″(u(t))ut(t),|▽u(t)|2)

(17)

由(2)式,(16)式及H1/2(Ω)L2(Ω)得

≤c2‖u(t)‖H2(Ω)‖u(t)‖H1(Ω)

≤c3‖u(t)‖H2(Ω)

(18)

結合式(17),令δ足夠小,且由于條件(5)～(6)ε(t)為非負的遞減函數,得到

(19)

其中

μ(u(t))=E(u(t))+(f′(u(t)),|▽u(t)|2)+δε(t)(ut(t),u(t)).

下面估計式(19)右邊,利用引理1,令g(z):=f″(z)根據式(2)和式(4),函數g(z)滿足引理1的條件,則有下列式子成立

|(f″(u(t))ut(t),|▽u(t)|2)|=|(g(u(t))ut(t),|▽u(t)|2)|

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≤((g(u(t))-gμ(u(t)))ut(t),|▽u(t)|2)+|(gμ(u(t))ut(t),|▽u(t)|2)|,

其中gμ(z)=(g*ρμ)。

即由文獻[4]可知