Nemlokális függést tartalmazó nemlineáris rendszerek

Hasonló dokumentumok
Utolsó el adás. Wettl Ferenc BME Algebra Tanszék, Wettl Ferenc (BME) Utolsó el adás / 20

Parciális dierenciálegyenletek

Explicit hibabecslés Maxwell-egyenletek numerikus megoldásához

oklevél száma: P-1086/2003 (summa cum laude) A disszertáció címe: Integrálegyenletek és integrálegyenl½otlenségek mértékterekben

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

LIST OF PUBLICATIONS

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

I. Fejezetek a klasszikus analízisből 3

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Tartalomjegyzék. Typotex Kiadó, 2010

Végeselem modellezés alapjai 1. óra

Sorozatok és Sorozatok és / 18

Differenciálegyenlet rendszerek

Parabolikus feladatok dinamikus peremfeltétel mellett

Wigner tétele kvantummechanikai szimmetriákról

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

1. Folytonosság. 1. (A) Igaz-e, hogy ha D(f) = R, f folytonos és periodikus, akkor f korlátos és van maximuma és minimuma?

Függvények folytonosságával kapcsolatos tételek és ellenpéldák

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

T obbv altoz os f uggv enyek integr alja. 3. r esz aprilis 19.

1. Komplex függvények dierenciálhatósága, Cauchy-Riemann egyenletek. Hatványsorok, elemi függvények

Minden x > 0 és y 0 valós számpárhoz létezik olyan n természetes szám, hogy y nx.

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Additív számelméleti függvények eloszlása

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Közepek Gauss-kompozíciója Gondolatok egy versenyfeladat kapcsán

Hatványsorok, Fourier sorok

Egyváltozós függvények 1.

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Matematika A1a Analízis

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Dierenciálhatóság. Wettl Ferenc el adása alapján és

Önadjungált és lényegében önadjungált operátorok

Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás, x x 2 dx = arctg x + C = arcctgx + C,

0.1 Deníció. Egy (X, A, µ) téren értelmezett mérhet függvényekb l álló valamely (f α ) α egyenletesen integrálhatónak mondunk, ha

Energiatételek - Példák

Matematika A1a Analízis

A BSc-képzés szakdolgozati témái

Boros Zoltán február

Véletlen bolyongás. 2. rész. Márkus László jegyzete alapján Tóth Tamás december 10.

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

Analízis I. beugró vizsgakérdések

4. Laplace transzformáció és alkalmazása

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Maximum Principles in the Theory of Numerical Methods

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

FELVÉTELI VIZSGA, július 21. Írásbeli próba MATEMATIKÁBÓL A. RÉSZ

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

A derivált alkalmazásai

Funkcionálanalízis. Gyakorló feladatok március 22. Metrikus tér, normált tér és skalárszorzat tér

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Valós függvények tulajdonságai és határérték-számítása

Függvények növekedési korlátainak jellemzése

8n 5 n, Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás,

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

Corvinus Egyetem Matematika Tanszéke

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

(1 + (y ) 2 = f(x). Határozzuk meg a rúd alakját, ha a nyomaték eloszlás. (y ) 2 + 2yy = 0,

Analízis III. gyakorlat október

A fontosabb definíciók

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

January 16, ψ( r, t) ψ( r, t) = 1 (1) ( ψ ( r,

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

Normális függvénycsaládok. Alkalmazások harmonikus függvényekre.

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Idegen atomok hatása a grafén vezet képességére

Lagrange és Hamilton mechanika

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Fourier-sorok. Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Obudai Egyetem RKK Kar. Feladatok a Matematika I tantárgyhoz

A TANTÁRGY ADATLAPJA

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Matematika B/1. Tartalomjegyzék. 1. Célkit zések. 2. Általános követelmények. 3. Rövid leírás. 4. Oktatási módszer. Biró Zsolt. 1.

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Analízis I. Vizsgatételsor

LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

Konvex optimalizálás feladatok

2010. október 12. Dr. Vincze Szilvia

Matematika A1a Analízis

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

Meghatározás: Olyan egyenlet, amely a független változók mellett tartalmaz egy vagy több függvényt és azok deriváltjait.

KÉMIAI REAKCIÓRENDSZEREK

1. Parciális függvény, parciális derivált (ismétlés)

Fourier-sorok. néhány esetben eltérhetnek az előadáson alkalmazottaktól. Vizsgán. k=1. 1 k = j.

3. előadás Stabilitás

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

Elméleti összefoglaló a Valószín ségszámítás kurzushoz

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

Egy enzimkinetikai nemlineáris parciális di erenciálegyenlet megoldása

Jármőtervezés és vizsgálat I. VALÓSZÍNŐSÉGSZÁMÍTÁSI ALAPFOGALMAK Dr. Márialigeti János

Átírás:

Nemlokális függést tartalmazó nemlineáris rendszerek A doktori értekezés tézisei Besenyei Ádám Témavezet : Simon László egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia doktora Eötvös Loránd Tudományegyetem Matematika Doktori Iskola A doktori iskola vezet je: Laczkovich Miklós egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja Alkalmazott Matematika Doktori Program Programvezet : Michaletzky György egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia doktora Az értekezés az Eötvös Loránd Tudományegyetem Alkalmazott Analízis Tanszékén készült. Budapest 2008

1. Bevezetés A következ kben egy rövid áttekintést adunk a szerz doktori értekezésér l. A hangsúlyt a motivációra helyezzük, az eredményeket csak vázoljuk. A pontos és szabatos tárgyalást illet en lásd az értekezést és annak irodalomjegyzékében szerepl m veket. Az értekezésben nemlokális függést tartalmazó dierenciálegyenletek, más szóval funkcionál-dierenciálegyenletek rendszereivel foglalkozunk. Nemlokális függésen azt értjük, hogy az egyenlet nemcsak az ismeretlen függvények adott pontbeli értékeit l függhetnek, hanem a többi pontbeli értékeit l is, amelyek megjelenhetnek például egy késleltetés, vagy valamilyen függvény (pl. tartományon vett integrál formájában stb. Például populációdinamikai diúziós folyamatokban egy populáció növekedési rátája függhet a populáció méretét l, azaz a s r ségének integráljától (lásd [10, 11]. Nemlokális egyenletek el fordulhatnak még például klimatológiai (lásd [13], illetve folyadékáramlási modellekben, speciálisan porózus közegbeli áramlási modellekben (lásd [12, 16]. Egyéb alkalmazásokat illet en (pl. nemlokális peremfeltételek lásd az értekezés irodalomjegyzékét. Megjegyezzük, hogy a nemlokális egyenletek tanulmányozása mellett a rugalmasságtanban el forduló nemlokális variációs egyenl tlenségek vizsgálata is fontos és érdekes téma (lásd [4, 14]. Az értekezésben két nemlokális rendszert vizsgálunk. Az egyik csupa parabolikus egyenletb l áll, a másik három különböz típusú egyenletet tartalmaz: egy közönséges, egy parabolikus és egy elliptikus dierenciálegyenletet. Ez utóbbi egy porózus közegbeli áramlási modell általánosításaként fogható fel. Vizsgálataink f eszköze a monoton típusú operátorok elmélete, ennek részletes tárgyalását illet en lásd a [8, 15, 20] monográákat. Ezenkívül a [7, 9] cikkek pszeudomonoton operátorokkal kapcsolatos eredményeire is támaszkodunk. Mindkét rendszer esetében igazoljuk gyenge megoldás létezést véges és végtelen id intervallumon, továbbá megvizsgáljuk a megoldások néhány tulajdonságát: a korlátosságot és a t esetén való stabilizációt (azaz egy stacionárius állapothoz való konvergenciát. Tételeinket az értekezésben konkrét példákkal illusztráljuk. Funkcionál-dierenciálegyenletekkel kapcsolatban érdemes megemlíteni a [17, 19] monográákat, amelyek további példákat tartalmaznak, és a témát egy másik megközelítésben (operátor-félcsoportok segítségével tárgyalja. 2. Jelölések A továbbiakban Ω R n mindig egy korlátos tartományt jelöl, amelynek pereme sima, valamint 0 < T < valós szám és röviden Q T := (0, T Ω, Q := (0, Ω. A szokásos Szoboljev-tereket W 1,p (Ω és W 1,p 0 (Ω jelöli, továbbá L p (0, T ; V azon u: (0, T V 1

( 1 T mérhet függvények tere, amelyekre u L p (0,T ;V := 0 u p p V < (1 < p <. Ismert, hogy (L p (0, T ; V = L q (0, T ; V, ahol 1 + 1 = 1. Ezenkívül p q Lp loc (0, ; V azon u: (0, V mérhet függvények tere, amelyekre u (0,T L p (0, T ; V minden 0 < T < esetén. A (W 1,p (Ω -beli, illetve L q (0, T ; V -beli funkcionálok esetében rendre a,, [, ] jelöléseket használjuk. Végül D i, D t jelöli az x i, illetve t változó szerinti (disztribúciós értelemben vett parciális deriválás operátorát és röviden D = (D 1,..., D n. 3. Parabolikus egyenletekb l álló rendszer Tekintsük az alábbi (leegyszer sített nemlokális parabolikus dierenciálegyenletet: ( ( (1 D t u(t, x div g u(t, xdx Du(t, x = f(t, x t > 0, x R n, Ω ahol f : (0, R n R, g : R R adott függvények, u: (0, R n R az ismeretlen és adott u(0, x = ϕ(x (x R n kezdeti érték. Ilyen típusú problémák például (h terjedési vagy populációdinamikai diúziós folyamatokban fordulhatnak el. A fentihez hasonló alakú nemlokális kvázilineáris egyenletekkel foglalkozik [10, 11], ahol a szerz k megoldás létezését és aszimptotikus tulajdonságait igazolták. Általános divergencia alakú parabolikus kvázilineáris egyenleteket vizsgált a monoton operátorok elméletének segítségével [18], ahol a szerz gyenge megoldás létezését és kvalitatív tulajdonságait igazolta. Az értekezés els felében ez utóbbi cikk eredményeit terjesztjük ki nemlokális parabolikus egyenletekb l álló rendszerekre (lásd [1]. Tekintsük a következ, N darab nemlokális parabolikus egyenletb l álló rendszert: n [ ] D t u (l ( D i i (, u (1 (,..., u (N (, Du (1 (,..., Du (N ( ; u (1,..., u (N (2 + 0 (, u (1 (,..., u (N (, Du (1 (,..., Du (N ( ; u (1,..., u (N = f (l ( ahol ( a (t, x Q T változót jelöli, továbbá a pontosvessz után álló tagok jelképezik a nemlokális változókat (l = 1,..., N. Az egyszer ség kedvéért a rendszerhez tartozó kezdeti feltételt válasszuk homogénnek, a peremfeltétel pedig legyen homogén Dirichletvagy Neumann-típusú. Legyen p 2 (konjugált kitev je q, továbbá V -t válasszuk (W 1,p (Ω N egy zárt lineáris alterének (a peremfeltételnek megfelel en: homogén Neumann esetén V = (W 1,p (Ω N, homogén Dirichlet esetén pedig V = (W 1,p 0 (Ω N. A megoldások tere X := L p (0, T ; V. Egy v X függvény koordinátái (v (1,..., v (N, továbbá egy ξ R (n+1n vektor koordinátái (ζ 0, ζ, ahol ζ 0 = (ζ (1 0,..., ζ (N 0 R N, ζ = (ζ (1 1,..., ζ (N 1,..., ζ n (1,..., ζ n (N R nn (az alsó index jelzi a deriválás változóját, a fels pedig az aktuális koordinátafüggvényt. Az i függvényekre néhány feltételt szabunk, amelyek biztosítani fogják gyenge megoldás létezését (0, T -ben. Tegyük fel i = 0,..., n; l = 1,..., N esetén a következ ket: 2

(A1 Minden x v X esetén az i : Q T R (n+1n X R függvény Carathéodory típusú, azaz mérhet (t, x-ben minden (ζ 0, ζ R (n+1n esetén és folytonos (ζ 0, ζ- ban m.m. (t, x Q T esetén. (A2 Léteznek g 1 : X R +, k 1 : X L q (Q T korlátos operátorok úgy, hogy m.m. (t, x Q T és minden (ζ 0, ζ R (n+1n, v X esetén érvényes a i (t, x, ζ 0, ζ; v g 1 (v ( ζ 0 p 1 + ζ p 1 + [k 1 (v] (t, x becslés. (A3 Majdnem minden (t, x Q T és minden ζ ζ R nn, ζ 0 R N, v X esetén n ( i (t, x, ζ 0, ζ; v i (t, x, ζ 0, ζ; v (ζ (l (l i ζ i > 0. (A4 Léteznek g 2 : X R +, k 2 : X L 1 (Q T operátorok, amelyekre m.m. (t, x Q T és minden (ζ 0, ζ R (n+1n, v X esetén n i=0 Továbbá teljesül, hogy i (t, x, ζ 0, ζ; vζ (l i g 2 (v ( ζ 0 p + ζ p [k 2 (v](t, x. ( lim g2 (v v p 1 X v X k 2(v L 1 (Q T v 1 X = +. (A5 Ha u k u gyengén X-ben és er sen L p (0, T ; (L p (Ω N -ben, akkor lim k a(l i (, u k (, Du k ( ; u k i (, u k (, Du k ( ; u L q (Q T = 0. Az (A1(A4 feltételek a klasszikus eset (vagyis amikor nincs nemlokális változó, lásd [9, 15, 20] feltevéseinek általánosításai, (A2(A4 növekedési, monotonitási és koercitivitási feltételek, ezenkívül (A5 nemlokális változóbeli folytonosságot fejez ki. Deniáljuk az A: X X operátort úgy, hogy u, v X esetén ( n [A(u, v] := i (u, Du; ud i v (l + 0 (u, Du; uv (l. Q T Ezenkívül legyen L: D(L X, Lu = D t u a dierenciálás operátora X-en, értelmezési tartománya D(L := {u X : D t u X, u(0 = 0}. Végül legyen F L q (0, T ; V. A fenti operátorok segítségével az (2 rendszer gyenge alakja (0, T -ben a következ : (3 Lu + A(u = F. A pszeudomonoton operátorok elméletének (lásd [7] felhasználásával adódik 3.1 Tétel. Tegyük fel, hogy az (A1(A5 feltételek teljesülnek. Ekkor A: X X korlátos, demifolytonos, koercitív és pszeudomonoton D(L-re nézve. Következésképpen minden F X esetén a (3 problémának van u X megoldása. 3

Az ún. Volterra-féle tulajdonság segítségévél egyszer en belátható gyenge megoldás létezése a (0, intervallumon. A megoldások tere X := L p loc (0, ; V és tegyük fel,hogy (Vol Az i : Q R R n+1 X R (i = 0,..., n; l = 1,..., N függvények (0, T intervallumra való i (t, x, ξ, ζ 0, ζ, η 0, η; v (0,T lesz kítései csak a v függvény (0, T - re való lesz kítését l függnek minden 0 < T < esetén. A fenti feltétel azt fejezi ki, hogy a nemlokális függés nem terjed ki a függvény jöv beli értékeire. Ekkor az átlós eljárás alkalmazásával kapjuk: 3.2 Tétel. Tegyük fel, hogy (Vol fennáll, és az (A1(A5 feltevések teljesülnek a (0, - en (azaz minden 0 < T < -re az i függvények (0, T -re való lesz kítései teljesítik ezeket. Ekkor létezik u X gyenge megoldása a (2 rendszernek a (0, intervallumon, abban az értelemben, hogy minden 0 < T < esetén u (0,T megoldása a (3 problémának. Egy további koercitivitási feltevéssel igazolható a (0, -beli megoldások korlátossága. (A4 Létezik g 2 R + konstans és k 2 : X L 1 loc (Q Volterra típusú operátor, amelyekre m.m. (t, x Q és minden (ζ 0, ζ R (n+1n, v X esetén n i=0 i (t, x, ζ 0, ζ; vζ (l i g 2 ( ζ 0 p + ζ p [k 2 (v](t, x. Ezenkívül léteznek c 4 > 0, 0 p 1 < p konstansok valamint egy ϕ C(R + függvény úgy, hogy lim ϕ(τ = 0, továbbá v X, D t v L q τ loc (0, ; V esetén m.m. t > 0-re ( [k 2 (v](t, x dx c 4 sup v(τ p 1 + ϕ(t sup v(τ p + 1. (L 2 (Ω N (L 2 (Ω N τ [0,t] τ [0,t] Ω 3.3 Tétel. Tegyük fel, hogy fennáll (Vol, és az (A1(A5, (A4 feltételek teljesülnek a (0, -en (hasonló értelemben, mint a 3.2 Tétel esetében, továbbá F L q loc (0, ; V. Ekkor a (2 rendszer minden (0, -beli u gyenge megoldására u L (0, ; (L 2 (Ω N. Néhány további feltevés mellett a megoldások t esetén való stabilizációja, azaz egy stacionárius állapothoz való konvergencia is belátható. (A2+ Létezik c v > 0 konstans és k v L q (Ω függvény úgy, hogy i (t, x, ζ 0, ζ; v c v ( ζ 0 p 1 + ζ p 1 + k v (x m.m. x Ω és minden (ζ 0, ζ R (n+1n, v X L (0, ; (L 2 (Ω N esetén (i = 0,..., n; l = 1,..., N. (A6 Léteznek i, : Ω R(n+1N R Carathéodory- tulajdonságú függvények, amelyekre lim t a(l i (t, x, ζ 0, ζ; v = i, (x, ζ 0, ζ m.m. x Ω és minden (ζ 0, ζ R (n+1n, v X L (0, ; (L 2 (Ω N esetén (i = 0,..., n; l = 1,..., N. 4

(A7 Létezik c 5 > 0 konstans úgy, hogy m.m. x Ω és minden (ζ 0, ζ, ( ζ 0, ζ R (n+1n, v X esetén n ( i=0 i (t, x, ζ 0, ζ; v i (t, x, ζ 0, ζ; v (ζ (l (l i ζ i c 5 ( ζ 0 ζ 0 p + ζ ζ p k 3 (t, x, ζ 0, η 0 ; v, ahol lim k 3 (t, x, u(t, x, ũ(t, x; vdx = 0 ha u, ũ, v L t Ω (0, ; (L 2 (Ω N. Megjegyezzük, hogy (A6 az i függvények stabilizációját jelenti, továbbá (A7 egyenletes monotonitást fejez ki, amely az egyértelm stacionárius megoldás létezését biztosítja. Értelmezzük az A : V V operátort úgy, hogy v, w V esetén n ( A (v, w := i, (v, DvD iw (l + 0, (v, Dvw (l. Ω 3.4 Tétel. Tegyük fel, hogy (Vol fennáll, és az (A1(A7 feltételek teljesülnek a (0, - en (hasonló értelemben, mint az 3.2 Tétel esetében, valamint létezik F V, amelyre lim F (t F V = 0. Ekkor egyértelm en létezik u V, amelyre A (u = F, t továbbá lim u(t u (L 2 (Ω N = 0 az (2 rendszer minden (0, -beli megoldására. t Az (A6 feltételben szerepl konvergenciára konkrét polinomiális becslést megadva a fenti tételbeli konvergencia sebességére egy polinomiális becslést nyerhetünk. Az el bbi tételek feltételeit kielégít függvényeket illet en lásd az [1, 5] cikkeket. Megjegyezzük, hogy a (2 rendszert kissé módosítva értelmezhet periodikus megoldás fogalma (minthogy ez (2 esetében nem teljesen világos és könnyen be is látható létezése. 4. Három különböz típusú egyenletb l álló rendszer Az értekezés második felében egy olyan rendszert vizsgálunk, amely három különböz típusú egyenletb l áll: egy közönséges, egy parabolikus és egy elliptikus egyenletb l. Ilyen típusú rendszer például egy porózus közegbeli áramlási modellként fordulhat el. Egy porózus közeg lyukacsos szerkezet, mint például a mészk, a benne lév folyadék áramlását a lyukak nagy összfelülete határozza meg. A folyadékban el fordulhatnak kémiai anyagok, amelyek az áramlás során megváltoztatják a lyukak szerkezetét. Ezt a folyamatot vizsgálta [16], amelyben a következ egydimenziós modellt állították fel a szerz k: (4 (5 (6 (7 ω( D t u( = D x α( v( u x ( + K(ω( D x p( u x ( ku( g(ω( D t ω( = bu( g(ω( D x (K(ω( D x p( = bu( g(ω(, v( = K(ω( D x p( 5

a (0, (0, 1-en a következ mellékfeltételekkel: u(0, x = u 0 (x, ω(0, x = ω 0 (x (x (0, 1, u(t, 0 = u 1 (t, D x u(t, 1 = 0 (t > 0 és p(t, 0 = 1, p(t, 1 = 0 (t > 0 ahol ω a porozitás (a lyukak aránya, u a folyadékban lév kémiai anyag koncentrációja, p a nyomás, v a sebesség, továbbá α, k, b adott konstansok, K és g adott függvények. Vegyük észre, hogy a (7 egyenletet a többi egyenletbe helyettesítve a rendszer valójában három egyenletb l áll. Megfelel változók rögzítésével három különböz típusú egyenletr l van szó: x u esetén (5 egy közönséges dierenciálegyenlet ω-ra nézve, x ω és p esetén (4 egy parabolikus egyenlet u-ban, végül x ω és u esetén (7 egy elliptikus egyenlet. A fenti rendszer tehát egy hibrid evolúciós-elliptikus probléma. Hasonló modellt vizsgált [12] a Rothe-módszer segítségével. Az értekezésben a fenti rendszernek a következ általánosítását tanulmányozzuk a monoton operátorok elméletének segítségével (lásd [2, 3, 6]: (8 (9 (10 D t ω(t, x = f(t, x, ω(t, x, u(t, x; u, ω(0, x = ω 0 (x, n D t u(t, x D i [a i (t, x, ω(t, x, u(t, x, Du(t, x, p(t, x, Dp(t, x; ω, u, p] + a 0 (t, x, ω(t, x, u(t, x, Du(t, x, p(t, x, Dp(t, x; ω, u, p = g(t, x, n D i [b i (t, x, ω(t, x, u(t, x, p(t, x, Dp(t, x; ω, u, p] + b 0 (t, x, ω(t, x, u(t, x, p(t, x, Dp(t, x; ω, u, p = h(t, x az (egyszer ség kedvéért ω(0, x = ω 0 (x, u(0, x = 0 kezdeti feltétellel és homogén Dirichlet- vagy Neumann-típusú peremfeltétellel (a pontosvessz utáni tagok a nemlokális változókat jelölik, a p változó a kitev kt l való megkülönböztetés érdekében félkövér. A fenti rendszerrel kapcsolatban a monoton operátorok elméletének segítségével belátható gyenge megoldás létezése és igazolható a megoldások néhány kvalitatív tulajdonsága. A vizsgálódások ötlete kett s: a gyenge megoldások terének megválasztása, illetve a szukcesszív approximáció módszerének alkalmazása a bizonyításokban. Röviden vázoljuk a rendszerrel kapcsolatos eredményeinket. Legyen 2 p 1, p 2 <, továbbá V i a W 1,p i (Ω egy zárt lineáris altere (a peremfeltételnek megfelel en és X i = L p i (0, T ; V i (i = 1, 2, ez utóbbi rendre az u és p megoldások tere. Az eredeti zikai jelentésnek megfelel en ω-t az L (Q T térben keressük. A 3. szakasszal analóg feltételeket szabunk: (A a i függvények: Carathéodory, növekedés, monotonitás, koercitivitás, folytonosság a nemlokális változóban (feltételek a p 1 kitev vel; (B b i függvények: Carathéodory, növekedés, egyenletes monotonitás, koercitivitás, folytonosság a nemlokális változóban (feltételek a p 2 kitev vel; 6

(F f függvény: Carathéodory, Lipschitz, folytonosság a nemlokális változóban, el jel feltétel (vonzó egyensúlyi helyzet. Legyenek A: L (Q T X 1 X 2 X1, B : L (Q T X 1 X 2 X2, amelyekre ( n [A(ω, u, p, v 1 ]= a i (ω, u, Du, p, Dp; ω, u, pd i v 1 + a 0 (ω, u, Du, p, Dp; ω, u, pv 1, Q T ( n [B(ω, u, p, v 2 ] = b i (ω, u, p, Dp; ω, u, pd i v 2 + b 0 (ω, u, p, Dp; ω, u, pv 2. Q T Ezenkívül L : D(L X 1, Lu = D t u a deriválás operátora X 1 -en, értelmezési tartománya D(L = {u X 1 : D t u X 1, u(0 = 0}. Végül legyen G X 1, H X 2. Ekkor a (8(10 rendszer gyenge alakja a (0, T intervallumon: (11 (12 (13 ω(t, x = ω 0 (x + Lu + A(ω, u, p = G B(ω, u, p = H. t 0 f(s, x, ω(s, x, u(s, x; uds m.m. Q T -ben 4.1 Tétel. Tegyük fel, hogy fennáll (A, (B, (F (lásd [2, 6]. Ekkor minden ω 0 L (Ω, G X 1 és H X 2 esetén létezik ω L (Q T, u D(L, p X 2 megoldása a (11(13 problémának (amelyet a (8(10 rendszer (0, T -beli gyenge megoldásának nevezünk. A bizonyítás f ötlete, hogy deniáljuk az (ω k, (u k, (p k szukcesszíve approximáló sorozatokat: ω k -t a (11 egyenletb l kapjuk az u k 1 el z közelítés segítségével; u k a (12 egyenletb l adódik az ω k 1, p k 1 el z közelítések segítségével; p k a (13 egyenletb l adódik ω k 1, u k 1 felhasználásával. A Volterra-tulajdonság segítségével nem nehéz belátni gyenge megoldás létezését a (0, intervallumon (lásd [3, 6]. Legyen X i := L p i loc (0, ; V i (i = 1, 2 a megoldások tere. 4.2 Tétel. Tegyük fel, hogy az a i, b i, f függvények Volterra-tulajdonságúak, továbbá a 4.1 Tétel feltételei teljesülnek minden 0 < T < -re. Ekkor minden G L q 1 loc (0,, V, H L q 2 loc (0,, V2 esetén létezik ω L (Q, u X1, p X2 úgy, hogy minden 0 < T < -re a (0, T -re való megszorításuk megoldása a (11(13 rendszernek. További koercitivitási feltételeket szabva (a 3. szakaszbeli (A4 -gal analóg módon igazolható a megoldások korlátossága (lásd [3, 6]. 4.3 Tétel. Tegyük fel, hogy a 4.2 Tétel feltételei teljesülnek néhány további koercitivitási feltétellel kiegészítve (lásd [3, 6] és legyen G L (0, ; V 1, H L (0, ; V 2. Ekkor ω L (Q, u L (0, ; L 2 (Ω, p L (0, ; V 2 a (8(10 rendszer minden, (0, -beli ω, u, p gyenge megoldására. 7

A p 1 = p 2 = p, X1 = X2 = X speciális esetben belátható a megoldások t esetén való stabilizációja. Feltételezve az a i, b i, f függvények stabilizációját ((A6 feltétellel analóg módon deniálhatók az A, B : L (Ω V V V operátorok: ( n A (ω, u, p, v := a i, (ω, u, Du, p, DpD i v + a 0, (ω, u, Du, p, Dpv, Ω B (ω, u, p, v := ( n b i, (ω, u, p, DpD i v + b 0, (ω, u, p, Dpv. Ω Néhány további feltételt szabva (egyenletes monotonitás (A7-tel analóg módon, illetve a (11 egyenlet egyensúlyi helyzetének exponenciális stabilitása belátható (lásd [3, 6] 4.4 Tétel. Tegyük fel, hogy a 4.3 Tétel feltételei teljesülnek kiegészítve néhány egyéb feltétellel (lásd [3, 6], továbbá lim G(t G V = 0, lim H(t H V = 0 valamilyen t t G, H V -ra. Ekkor egyértelm en létezik u, p V úgy, hogy A (ω, u, p = G, B (ω, u, p = H, ahol ω L (Ω a (11 egyensúlyi pontja. Ezenkívül a (8 (10 rendszer minden ω, u, p (0, -beli megoldására t esetén ω(t, ω L (Ω- t+1 t+1 ban, u(t u L 2 (Ω-ban, u(s u p V ds 0, p(s p p V ds 0. t 1 A 3. szakaszhoz hasonlóan a fenti tételben szerepl konvergenciára polinomiális becslés nyerhet. Példákat illet en lásd [2, 3, 5, 6]. t 1 Hivatkozások [1] Á. Besenyei, On systems of parabolic functional dierential equations, Annales Univ. Sci. Budapest. Eötvös Sect. Math., 47 (2004, 143160. [2] Á. Besenyei, Existence of weak solutions of a nonlinear system modelling uid ow in porous media, Electron. J. Di. Eqns., Vol. 2006(2006, No. 153, pp. 119. [3] Á. Besenyei, Stabilization of solutions to a nonlinear system modelling uid ow in porous media, Annales Univ. Sci. Budapest. Eötvös Sect. Math., 49 (2006, 115136. [4] Á. Besenyei, On nonlinear parabolic variational inequalities containing nonlocal terms, Acta Math. Hung., 116(12 (2007, 145162. [5] Á. Besenyei, Examples for uniformly monotone operators arising in weak forms of elliptic problems, kézirat, 2007. [6] Á. Besenyei, On a nonlinear system containing nonlocal terms related to a uid ow model, E. J. Qualitative Theory of Di. Equ., Proc. 8'th Coll. Qualitative Theory of Di. Equ., No. 3. (2008, pp. 113. 8

[7] J. Berkovits, V. Mustonen, Topological degree for perturbations of linear maximal monotone mappings and applications to a class of parabolic problems, Rend. Mat. Ser. VII 12, Roma (1992, 597621. [8] H. Brezis, Opérateurs maximaux monotones et semi-groups de contraction dans les espaces de Hilbert, North-Holland, Amsterdam, 1973. [9] F. E. Browder, Pseudo-monotone operators and nonlinear elliptic boundary value problems on unbounded domains, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74 (1977, 26592661. [10] M. Chipot, B. Lovat, Existence and uniqueness results for a class of nonlocal elliptic and parabolic problems, advances in quenching, Dyn. Contin. Discrete Impuls. Syst. Ser. A Math. Anal, 8 (2001, 3551. [11] M. Chipot, L. Molinet, Asymptotic behaviour of some nonlocal diusion problems, Appl. Anal., 80(34 (2001, 279315. [12] S. Cinca, Diusion und Transport in porösen Medien bei veränderlichen Porosität, Diplomawork, Univ. Heidelberg, 2000. [13] J. I. Díaz, G. Hetzer, A quasilinear functional reaction-diusion equation arising in climatology, in: Equations aux Dérivée Partielles et Apllications, Gauthier-Villars, Paris, 1998, 461480. [14] G. Duvaut, J. L. Lions, Inequalities in Mechanics & Physics, Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften Series, Vol. 219., 1976. [15] J. L. Lions, Quelques méthodes de résolution des problèmes aux limites non linéaires, Dunod, Gauthier-Villars, Paris, 1969. [16] J. D. Logan, M. R. Petersen, T. S. Shores, Numerical study of reaction-mineralogyporosity changes in porous media, Appl. Math. Comput., 127 (2002, 149164. [17] A. Pazy, Semigroups of Linear Operators and Application to Partial Dierential Equations, Springer, 1983. [18] L. Simon, On parabolic functional dierential equations of general divergence form, Proceedings of the Conference FSDONA 04, Milovy, 2004, 280291. [19] J. Wu, Theory and Applications of Partial Functional Dierential Equations, Springer, 1996 [20] E. Zeidler, Nonlinear Functional Analysis and its Applications II/A and II/B (Linear and Nonlinear Monotone Operators, Springer, 1990. 9