能量估计

能量估计

uC2,1(QT)C(Q¯T) 是初值问题

{tuΔu=f(x,t),(x,t)QT=Ω×(0,T]u(x,0)=φ(x)u|Ω=0

我们建立如下的能量不等式:

  1. Ωu2dxeT(Ωφ2dx+0TΩf2dxds).
  2. sup[0,T]Ωu2dx+20TΩ|u|2dxdtM(Ωφ2dx+0TΩf2dxdt).

在主要方程两侧乘上 u 得: uutuΔu=fu(12u2)t(uu)+|u|2=fu
再在 Ω 上积分,可得

tΩ12u2dxΩ(uu)dx+Ω|u|2dx=Ωfudx

其中

Ω(uu)dx=Ωuudx=0.

(Crucial)t(12Ωu2dx)+Ω|u|2dx=Ωfudx12Ωu2dx+12Ωf2dx.

第一次估计

忽略第二项,从而

t(Ωu2dx)Ωu2dx+Ωf2dx

y(t)=Ωu2dx,乘上积分因子并积分得

y(t)ety(0)+et0t0lf2(x,t)dxds.

代入边值条件,并将 t 放到最大!

Ωu2dxeT(Ωφ2dx+0T0lf2(x,s)dxds).

第二次估计

上式代入 (Crucial),可得

12tΩ|u|2dx+Ω|u|2dx12Ωf2dx+12Ωu2dx=12Ωf2dx+12eT(Ωφ2dx+0TΩf2dxdt).

两边从 0t 积分得

12Ω|u|2dx+0tΩ|u|2dxdt12Ωφ2dx+120tΩf2dxdt+12(eT1)(Ωφ2dx+0TΩf2dxdt)=12eT(Ωφ2dx+0TΩf2dxdt)

两边取 sup 即证.