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. Ωu2\dx\natureT(Ωφ2\dx+0TΩf2\dx\ds).
  2. sup[0,T]Ωu2\dx+20TΩ|u|2\dx\dtM(Ωφ2\dx+0TΩf2\dx\dt).

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

tΩ12u2\dxΩ(uu)\dx+Ω|u|2\dx=Ωfudx

其中

Ω(uu)\dx=Ωuu\dx=0.

(Crucial)t(12Ωu2\dx)+Ω|u|2\dx=Ωfu\dx12Ωu2\dx+12Ωf2\dx.

第一次估计

忽略第二项,从而

t(Ωu2\dx)Ωu2\dx+Ωf2\dx

y(t)=Ωu2dx,乘上积分因子并积分得

y(t)\naturety(0)+\naturet0t0lf2(x,t)\dx\ds.

代入边值条件,并将 t 放到最大!

Ωu2\dx\natureT(Ωφ2\dx+0T0lf2(x,s)\dx\ds).

第二次估计

上式代入 (Crucial),可得

12tΩ|u|2\dx+Ω|u|2\dx12Ωf2dx+12Ωu2\dx=12Ωf2\dx+12\natureT(Ωφ2\dx+0TΩf2\dx\dt).

两边从 0t 积分得

12Ω|u|2\dx+0tΩ|u|2\dx\dt12Ωφ2\dx+120tΩf2\dx\dt+12(\natureT1)(Ωφ2\dx+0TΩf2\dx\dt)=12\natureT(Ωφ2\dx+0TΩf2\dx\dt)

两边取 sup 即证.