Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634160)
Контекстум
.

Псевдодифференциальные операторы (110,00 руб.)

0   0
АвторыБаев Александр Дмитриевич, Бурлуцкая Мария Шаукатовна, Бахтина Жанна Игоревна, Давыдова Майя Борисовна
ИздательствоИздательский дом ВГУ
Страниц30
ID603923
АннотацияВ настоящем учебно-методическом пособии при исследовании свойств псевдодифференциальных операторов используется преобразование Фурье обобщенных функций, рассмотренных ранее в учебно-методическом пособии «Дополнительные главы обобщенных функций».
Кому рекомендованоРекомендовано студентам 4-го курса дневного отделения математического факультета
Псевдодифференциальные операторы / А.Д. Баев, М.Ш. Бурлуцкая, Ж.И. Бахтина, М.Б. Давыдова .— Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2016 .— 30 с. — 30 с. — URL: https://rucont.ru/efd/603923 (дата обращения: 16.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ПСЕВДОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ОПЕРАТОРЫ Учебно-методическое пособие Воронеж Издательский дом ВГУ 2016 1 Утверждено научно-методическим советом математического факультета 28 января 2016 г., протокол № 0500-01 Составители: А.Д. Баев, М.Ш. Бурлуцкая, Ж.И. Бахтина, М.Б. Давыдова Рецензент – доктор физ.-мат. наук, профессор В.А. Костин Подготовлено на кафедре математического анализа математического факультета Воронежского государственного университета Рекомендовано студентам 4-го курса дневного отделения математического факультета Для направлений: 010200 – Математика и компьютерные науки, 010100 – Математика 2 Введение Псевдодифференциальные операторы представляют собой весьма широкий круг операторов. <...> Так, среди псевдодифференциальных операторов содержатся линейные дифференциальные операторы с частными производными и разностные операторы. <...> При исследовании свойств псевдодифференциальных операторов используется преобразование Фурье обобщенных функций, рассмотренных ранее в учебно-методическом пособии «Дополнительные главы обобщенных функций». <...> Псевдодифференциальные операторы Определение и примеры псевдодифференциальных операторов Пусть на пространстве nn p x px c (, ) (1 )m ≤+ . <...> Псевдодифференциальным оператором (, ) ется отображение, сопоставляющее каждой функции () p (, )xD u по формуле 1 здесь<>=+ +. nn Функция (, ) называется символом псевдодифференциального опеx xx x p x , 11 2 2 ратора. <...> Частным случаем псевдодифференциальных операторов является дифференциальный оператор. <...> Действительно, всякий линейный дифференциальный оператор можно записать в виде p xD u x = a x D u x , ≤ ( где m – целое число и =+ + 12 .+ , n Du x cx xxn . <...> Предположим, p x , (1.1) p xD называux S∈ функцию (1.2) ξ ξ ξ ξξ ξ π ξ ξξ ξ ααα α αα α ξξ ξ ξ ξξ ξ α α α α α α α ππ ξξ ξξ ξ π αα ξ α αα αξ αα α ξξ α ξ ξ ξ ξξ α α функция <...>
Псевдодифференциальные_операторы.pdf
Стр.1
Стр.3
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Псевдодифференциальные_операторы.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ПСЕВДОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ОПЕРАТОРЫ Учебно-методическое пособие Воронеж Издательский дом ВГУ 2016 1
Стр.1
Введение Псевдодифференциальные операторы представляют собой весьма широкий круг операторов. Так, среди псевдодифференциальных операторов содержатся линейные дифференциальные операторы с частными производными и разностные операторы. Теория псевдодифференциальных операторов в настоящее время интенсивно развивается и получает все больше приложений в исследованиях отечественных и зарубежных математиков. При исследовании свойств псевдодифференциальных операторов используется преобразование Фурье обобщенных функций, рассмотренных ранее в учебно-методическом пособии «Дополнительные главы обобщенных функций». 3
Стр.3
Заметим, что если не требовать ограничения mn p (, )x p x <− , то функция , вообще говоря, не будет абсолютно интегрируемой по переменной . Однако, из неравенства (1.1) следует, что она при каждом x определяет функционал из S′ . Поэтому мы можем при каждом фиксированном x определить обратное преобразование Фурье от функции (, ) рез (, )kx z обратное преобразование Фурье: 1 kx z F p x (, ) = − →z[ (, )] . . Обозначим че(1.6) Это обратное преобразование Фурье понимается в обобщенном смысле. При этом функция (, )kx z при каждом x будет медленно растущей функцией по переменной z . Покажем, что формула (1.5) остается справедливой и в этом случае. Если мы условимся для любых f S′∈ и () ux S∈ результат действия функционала f на функцию () то получим: =+ − ( ( Так как () () ( −= − =  iy kx x y uy dy , ) (, ) ( ) 1 n это равенство в предыдущее, будем иметь 1 (2 )  p xe u d p x D u x ( ix (2 ) ( ) ( ky x u y k y u x y)) = ), ( )) ( ( ), ( − =  −= − ), ( )) ( ( − ), ( )) =  k x xy u y dy k x y u y k xy u y 1 (, ) ( ) ( ( = ux y e ux y dy e e u z dz e u( −−ix iz ) = −= = == n ( (, ) p x e u( )) ix  , )(). Таким образом, доказана справедливость равенства (1.5) при произвольных x . В качестве примера рассмотрим псевдодифференциальный оператор px (, ) =  (),ax если  (),bx если  kx z=−   22 . (, ) ax b x ax b x+−   (z iz () () 6 ) () () 1 > 0, < 0. (1.7) Используя установленную ранее формулу для вычисления обратного преобразования Фурье от этой функции, получим (2 )n ( ( , ), ( − −ix p x u x y)) . ) , то, подставляя ux записывать в виде интеграла (, ) f uf y u y dy , =  ( ) ( ) ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξξ ξ π ξξ π ξ δ π ξ ξ ξξ ξ ξ ξ ξ π
Стр.6
Отсюда p x D ux=− −ix dy ux ( , )() ax b x ax b x u y 22 , () () +− () раторами. Заметим, что среди всех функций (, ) p x однородные функции по Функция ()g ной), если () (gg ) при ∀> , число родности функции ()g = . Для случая произвольного (1)> числа переменных x , псевдодифференциальные операторы, символы которых по переменной являются положительно однородными, называются многомерными сингулярными интегральными операторами. Псевдодифференциальные операторы часто возникают при решении различных задач уравнений в частных производных. Рассмотрим, например, решение задачи Коши для уравнения теплопроводности: требуется при t 0> найти такое решение (, )vt x уравнения теплопроводности vt x u x→ при t→+ , где () (, ) ( ) 0 Будем сначала предполагать, что () ∂∂ = ux – некоторая заданная функция. ux S∈ . Решим эту задачу с помо2 щью преобразования Фурье по переменной x . Так как оператор преобразования Фурье переходит в оператор умножения 2 получаем уравнение ∂vt причем (0, ) ( ).vu  = Решением этого уравнения служит функция vt u e . Применяя об(, ) ( ) t = vt x = e e u d (, ) 1 ix −t 2 функции () ( ) . − 2 ратное преобразование Фурье к обеим частям этого равенства, получим 2 (1.9) Таким образом, решение (, )vt x получается с помощью применения к −t 2 ux псевдодифференциального оператора e мулу (1.5), мы можем записать решение в виде 7 . Используя фор(, ) t ∂ =− v 2  , (1.8) ∂ после 2 ∂ x − , то для (, )vt  ∂∂ , что 2 vv tx 2 нулевого порядка. называется положительно однородной (или однород0 называется порядком одно() () ( ) y где последний интеграл понимается в смысле главного значения по Коши. Операторы такого вида называются одномерными сингулярными опевида (1.7) можно выделить π ξ γ ξ ξ λ ξ ξ γ λ ξ ξ ξ ξξ ξξ π ξξ ξξ ξ ξ λ ξ ξ ξ
Стр.7
vt x k t x y u y dy kt z (, ) (, ) =− =  ( , 1 2 iz t следовательно, kt z = щественной оси (, ) 2 e e −+t − z 4 () 2 2 t iz e e d . −−t iz −− = − + − , t tt 22 z () 2 t d . Используя теорему Коши, мы можем заменить интегрирование по вена интегрирование по любой прямой, параллельной оси на комплексной плоскости. Если прямую выбрать так, что на ней − z kt z = Остается заметить, что  . ed e −− ty t 22 == 1 Отсюда, kt z = (, ) 1 2 t e − z 2 4t , т.е. vt x = (, ) 1 2 ∂ ∂ на v v t ∂ ∂ t t e u y dy . ( ) − − () 2 4 xy t  и считали, что при каждом (1.10) Последняя формула называется формулой Пуассона. Заметим, что рассуждения, с помощью которых мы получили формулу (1.10), требуют дальнейшего обоснования. Например, мы без доказательства заменили функцию  функцию (, )vt  все рассуждения верны не только для () вать как классическое решение уравнения (1.8). Все эти моменты легко обосновать, используя конкретные функции (, )vt x . Можно показать, что ux S∈ , но и для функции () ux , которая является непрерывной и ограниченной функцией на всем пространстве S . можно рассматриdy t (, ) 2 e 2 4t e d −t 2 . =− , то получим, что 2 iz t 24 iz ) ( ) , 2 Последний интеграл можно вычислить. Для этого заметим, что 2 8 ξξ π ξξ ξ π π ξ ξ ξ ξ π π ξ ξ ξ ξ ξ η ξ ξ π
Стр.8
§ 2. Псевдодифференциальные уравнения с символами класса m S через 1. Свойства ядер операторов с символами класса m m p (, )x где C , где F− 1 px C , () () (, )≤+ =∂∂ , p (1 ) ,m − kx z F p x( , ) , (, ) = −1 z ] () () ∂ p x – постоянные, которые зависят только от → [ прерывна и ограничена, при mn p x , – обратное преобразование Фурье. При mn и p . Положим (2.2) <− функция (, )kx z не≥− преобразование Фурье понимается в смысле теории обобщенных функций и (, )kx z по переменным z будет обобщенной функцией из 'S . В дальнейшем (, )kx z будем называть ядром оператора (, ) p xD , а функцию (, ) – символом ядра (, )kx z . Множество всех ядер, символы которых принадлежат m через m K . Если (, )kx z K∈ , то для любых мультииндексов ,, m−+ m zD D k x z K xz (, )∈ символом () () || принадлежит m−+  для любых nn\0  является бесконечно дифференцируемой функцией. 2. Псевдодифференциальные операторы в пространстве nn\0 x оператор (, ) p xD по формуле (, ) p xD f k x x y f y dy=− ) ( )  ( , 9 − zD D p x1(, S x и ) . 2.3) Действительно, используя определение и свойства преобразования Фурье обобщенных функций, легко установить, что левая часть в (2.3) есть ядро с . Поэтому zD D k x z DD k x z C z xz (, ) ≤ при mn Ч () , причем из (2.1) следует, что этот символ >+ + будет непрерывной и ограниченной функцией, следовательно, (, ) Ч () xz (, ) при mn xz − DD k x z есть непрерывная функция, причем ,, на (2.4) >+ + . Отсюда можно сделать вывод, что (, )kx z на . Обозначим через B∞ функций ()f x на n ределим на B∞ совокупность таких бесконечно дифференцируемых  , что ()f x и все производные ()()f ограничены. Оп. (2.5) Если ядро (, )kx z – обобщенное, то интегралу в (2.5) еще нужно придать смысл. Для этого заметим, что если () 0 f y = в окрестности точки x , то инS , обозначим S множество таких бесконечно дифференцируемых функций , определенных на Ч , что для любых мультииндексов + (2.1) S . Обозначим и β α αβ αα βρ α ξξ αβ ξ ξ αβγ ξ ξ αρ β αγ γξξ β αα β ξ α αγ α β αβγ α β γ β α γβ α β α β γβ β ξ β α α
Стр.9
теграл в (2.5) сходится, что видно из оценок (2.4). С другой стороны, для функций ()f y из S интеграл (2.5) мы уже определили в §1. Остается замеf () () ()=+ y , где 1fy = при xy 1−< , но положить тить, что любую функцию ()f yB∞ yf y 12f 1() ( y () 0 ) () f yy x)) ( )y , y () (1 (=− − kx 12 x y f y dy kx x y f y dy kx x y f y dy −= − ) ( ) ( , y и 2 f () + f . f yy x f=− , 2 где () – такая основная функция, что () 1y = при y 1< . Теперь можем определить интеграл в (2.5), положив (, ) ( ) Легко видеть, что результат не зависит от способа представления ()f y в виде суммы функций 1  − (, ) ( ) f () В пространстве B∞ v→∞ к ()f xB∞ ностей. Будем говорить, что последовательность ()vf yB∞ ∈ , если () f xfv ()→ равномерно для любых () pxS () x сти, равномерно сходится сама последовательность ()vf y ). m странстве B∞ Лемма 2.1. Если (, )∈ , то оператор (, ) . Доказательство. Если mn что xDk при любых Dk x z C z x (, )≤+ (1 ) ,n −− можно ввести понятие сходящихся последователь∈ сходится при (в частноp xD непрерывен в про<− , то утверждение леммы следует из того, есть непрерывная ограниченная функция и 1 что вытекает из (2.4). Действительно, в этом случае (, ) ( ) p xD f x k x z f x z dz=− ( , ) ( ) и для доказательства ограниченности производных от (, ) ( ) mr 1 pxg x( , ) , gx S ≤r (, )∈ p xD f = (g xD D f x . ≤r (, ) что и (, ) . , ) x ( ) Так как операторы xD и (),gx D непрерывны в B∞ p xD непрерывен в B∞ 10 , то отсюда получаем, −− 1n . Тогда лое положительное число, и (, ) можно представить в виде суммы (, ) = (2.6) (2.7) p xD f x достаточно продифференцировать под знаком интеграла в (2.7), после чего интеграл оценивается с помощью (2.6). Если mn p x ≥− , то ≤−n − , где r – це∈ можно представить в виде суммы f S∈ . Для этого достаточ2 y с указанными свойствами. Аналогичным образом интеграл в (2.5) определяется для любой бесконечно дифференцируемой функции ()f y степенного роста. ϕ ϕ ϕ ϕ αα ξ γ γ γ ξξ ξ α α α α ξ α α α ξ α α α
Стр.10