Smoothness of Generalized Solutions of the Second and Third Boundary-Value Problems for Strongly Elliptic Differential-Difference Equations
- Authors: Neverova D.A.1
-
Affiliations:
- Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
- Issue: Vol 65, No 4 (2019): Proceedings of the S.M. Nikolskii Mathematical Institute of RUDN University
- Pages: 655-671
- Section: New Results
- URL: https://journals.rudn.ru/CMFD/article/view/23056
- DOI: https://doi.org/10.22363/2413-3639-2019-65-4-655-671
- ID: 23056
Cite item
Full Text
Abstract
In this paper, we investigate qualitative properties of solutions of boundary-value problems for strongly elliptic differential-difference equations. Earlier results establish the existence of generalized solutions of these problems. It was proved that smoothness of such solutions is preserved in some subdomains but can be violated on their boundaries even for infinitely smooth function on the right-hand side. For differential-difference equations on a segment with continuous right-hand sides and boundary conditions of the first, second, or the third kind, earlier we had obtained conditions on the coefficients of difference operators under which there is a classical solution of the problem that coincides with its generalized solution. Also, for the Dirichlet problem for strongly elliptic differential-difference equations, the necessary and sufficient conditions for smoothness of the generalized solution in Holder spaces on the boundaries between subdomains were obtained. The smoothness of solutions inside some subdomains except for ε-neighborhoods of angular points was established earlier as well. However, the problem of smoothness of generalized solutions of the second and the third boundary-value problems for strongly elliptic differential-difference equations remained uninvestigated. In this paper, we use approximation of the differential operator by finite-difference operators in order to increase the smoothness of generalized solutions of the second and the third boundary-value problems for strongly elliptic differential-difference equations in the scale of Sobolev spaces inside subdomains. We prove the corresponding theorem.
Full Text
1. ВВЕДЕНИЕ Общей теории функционально-дифференциальных уравнений посвящен целый ряд монографий, среди которых широко известны работы А. Д. Мышкиса [11], Р. Беллмана и К. Кука [2], Дж. Хейла [24]. Эллиптические функционально-дифференциальные уравнения рассматривались в работах Ф. Хартмана и Г. Стампакья [26], А. Б. Антоневича [1], В. С. Рабиновича [17] и др. Интерес к изучению функционально-дифференциальных уравнений связан с их приложениями в теории многослойных пластин и оболочек [13, 29], в нелинейной оптике [4], в теории многомерных диффузионных процессов [32], в теории нелокальных эллиптических задач [3, 22], возникающих в теории плазмы, к проблеме Като о квадратном корне из оператора [9] и др. Общая теория краевых задач для эллиптических функционально-дифференциальных уравнений построена в работах [18, 22, 32]. Систематическое исследование широкого класса эволюционных функционально-дифференциальных уравнений методами спектральной теории содержится в работах [5-7]. В работе [32] для краевых задач для дифференциально-разностных уравнений были получены необходимые и достаточные условия выполнения неравенства типа Гординга, исследованы вопросы однозначной, фредгольмовой и нетеровой разрешимости в пространствах Соболева, а также изучена гладкость обобщенных решений. В частности, было показано, что гладкость обобщенных решений может нарушаться внутри области даже при бесконечно дифференцируемых правых частях уравнений и сохраняется лишь в некоторых подобластях. Исследования теории краевых задач для дифференциально-разностных уравнений, такие как спектральная асимптотика, операторы с вырождением, краевые задачи для параболического уравнения со сдвигом по пространственным переменным, нашли свое продолжение в работах [15, 16, 19, 20, 23, 25]. Результаты о существования классического решения краевых задач для дифференциальноразностных уравнений с непрерывной правой частью, изучение гладкости обобщенных решений краевых задач для сильно эллиптического дифференциально-разностного уравнения с правой частью из пространств Гельдера приведены в работах [12, 27, 28]. В настоящей работе изучается гладкость обобщенных решений в подобластях в шкале пространств Соболева второй и третьей краевых задач для сильно эллиптического дифференциальноразностного уравнения. Рассмотрим уравнение ) (x ∈ Q ⊂ Rn) (1.1) с краевым условием = 0 (x ∈ ∂Q), (1.2) где ν - единичный вектор внешней нормали к ∂Q, σ ∈ Ck(∂Q) - неотрицательная вещественнозначная функция; операторы RijQ определены по формуле RijQ = PQRijIQ : L2(Q) → L2(Q); IQ : L2(Q) → L2(Rn) - оператор продолжения функции из L2(Q) нулем в Rn \ Q; PQ : L2(Rn) → L2(Q) - оператор сужения функции из L2(Rn) на Q; Rij : L2(Rn) → L2(Rn) - разностные операторы вида , (1.3) где aijh - вещественные числа; M ⊂ Rn - множество, состоящее из конечного числа векторов h c целочисленными координатами. 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ В этом разделе мы рассмотрим свойства разностных операторов. Доказательства приводимых ниже утверждений можно найти в [32, гл. 2]. Всюду в дальнейшем мы будем предполагать, что выполнено следующее условие. Условие 2.1. Пусть Q ⊂ Rn - ограниченная область с кусочно-гладкой границей (i = 1,...,N1), где Xi - открытые связные в топологии ∂Q (n-1)-мерные многообразия класса. При этом в окрестности каждой точки x0 область Q диффеоморфна i n-мерному углу раствора меньше 2π и больше 0. В частности, Q ⊂ Rn может быть ограниченной областью с границей ∂Q ∈ C∞, а также или прямоугольником, где G ⊂ Rn-1 - ограниченная область (с границей ∈ , если n 3). Пусть M ⊂ Rn - множество, состоящее из конечного числа векторов h c целочисленными координатами. Обозначим через M аддитивную абелеву группу, порожденную множеством M, а через Qr - открытые связные компоненты множества. Определение 2.1. Множества Qr мы будем называть подобластями, а совокупность R всевозможных подобластей Qr (r = 1,2,...) назовем разбиением области Q. Заметим, что множество R не более, чем счетно. Лемма 2.1. Лемма 2.2. 1. 2. Для любых Qr1 и h ∈ M либо найдется такое Qr2, что Qr2 = Qr1 +h, либо Qr1 +h ⊂ Rn\Q. Разбиение R естественным образом распадается на классы. Мы будем считать, что подобласти Qr1,Qr2 ∈ R принадлежат одному и тому же классу, если существует вектор h ∈ M, для которого Qr2 = Qr1 +h. Будем обозначать подобласти Qr через Qsl, где s - номер класса (s = 1,2,...), а l - порядковый номер данной подобласти в s-м классе. Очевидно, каждый класс состоит из конечного числа N = N(s) подобластей Qsl и diam Q] + 1)n. Введем множество . (2.1) Из определения множества K следуют следующие леммы. Лемма 2.3. Пусть. Тогда x0 ∈ K. Лемма 2.4. Пусть при. Тогда x0 ∈ K. Будем считать, что выполнено Условие 2.2. μn-1(K ∩ ∂Q) = 0, где μn-1(·) - мера Лебега в Rn-1. Обозначим через Γp компоненты связности открытого (в индуцированной на ∂Q топологии) множества ∂Q \ K. Лемма 2.5. Если при некотором h ∈ M, то либо Γp+h ⊂ Q, либо существует Γr ⊂ ∂Q\K такое, что Γp+h = Γr. В силу леммы 2.5 мы можем следующим образом разбить множество {Γp + h : Γp + h ⊂ Q, p = 1,2,..., h ∈ M} на классы. Множества Γp1 + h1 и Γp2 + h2 принадлежат одному и тому же классу, если 1. существует h ∈ M такое, что Γp1 + h1 = Γp2 + h2 + h, 2. в случае Γp1+h1, Γp2+h2 ⊂ ∂Q, направления внутренних нормалей к ∂Q в точках x ∈ Γp1+h1 и x - h ∈ Γp2 + h2 совпадают. Очевидно, множество Γp ⊂ ∂Q может принадлежать только одному классу, а множество Γp + h ⊂ Q - не более, чем двум классам. Будем обозначать множества Γp + h через Γrj, где r = 1,2,... - номер класса, j - номер элемента в данном классе . Не ограничивая общности, будем считать, что . Лемма 2.6. Для любого Γrj ⊂ ∂Q существует подобласть Qsl такая, что Γrj ⊂ ∂Qsl, и при этом Γrj ∩ ∂Qs1l1 = ∅, если . Лемма 2.7. Для любого r = 1,2,... существует единственное s = s(r) такое, что N(s) = J(r), и при этом подобласти s-го класса Qsl можно перенумеровать так, что Γrl ⊂ ∂Qsl (l = 1,...,N(s)). Лемма 2.8. Для любого Γrj ⊂ Q существуют подобласти Qs1l1 и Qs2l2 такие, что и при этом Γrj ∩ ∂Qs3l3 = ∅, если . Пример 2.1. Рассмотрим случай прямоугольника Q = (0,2) × (0,1), M = {(1,0)}. Разобьем прямоугольник Q на подобласти. В этом примере разбиение R состоит из одного класса подобластей Q1 = Q11 = (0,1) × (0,1), Q2 = Q12 = (1,2) × (0,1) (см. рис. 1). Легко видеть, что K = {(0,0);(1,0);(2,0);(0,1);(1,1);(2,1)}. РИС. 1. Область Q и ее разбиения, рассмотренные в примере 2.1. Элементы множества K выделены точками. Пример 2.2. Пусть область Q ⊂ R2 вне окружностей S1/3((1/3,1/3)), S1/3((1,1)) совпадает с границами квадрата (0,4/3) × (0,4/3), а множество M = {(1,1)}. Тогда разбиение R, состоящее из двух классов, классы границ и множество K = {(1/3,0),(4/3,1),(0,1/3),(1,4/3)} изображены на рис. 2. Пример 2.3. Рассмотрим случай, когда множество Q представляет собой единичный круг Q = {x ∈ R2 : |x| < 1}, M = {(1,0)}. Тогда множество K состоит из семи точек: K = {(0,0), (1,0), (-1,0), (-1/2,-√3/2), (-1/2,√3/2), (1/2,-√3/2), (1/2,√3/2)}. Разбиение R области Q и классы границ, а также множество K представлены на рис. 3. 3. РАЗНОСТНЫЕ ОПЕРАТОРЫ Введенные по формуле (1.3), разностные операторы Rij действуют во всем Rn, чтобы рассмотреть их в области Q, введем линейные операторы IQ, PQ, RijQ. Оператор IQ : L2(Q) → L2(Rn) является оператором продолжения функции из L2(Q) нулем в Rn \ Q, оператор PQ : L2(Rn) → L2(Q) - оператор сужения функции из L2(Rn) на Q, операторы RijQ : L2(Q) → L2(Q) определены по формулам RijQ = PQRijIQ, соответственно. Лемма 3.1. Операторы Rij : L2(Rn) → L2(Rn) и RijQ : L2(Q) → L2(Q) являются ограниченными. РИС. 2. Область Q и ее разбиения, рассмотренные в примере 2.2. Элементы множества K выделены точками. РИС. 3. Область Q и ее разбиения, рассмотренные в примере 2.3. Элементы множества K выделены точками. Далее мы рассмотрим некоторые свойства разностных операторов RijQ в пространстве L2(Q). Оказывается, эти свойства тесно связаны со свойствами конечного числа матриц, состоящих из коэффициентов разностного оператора и нулей. Обозначим через подпространство функций в L2(Q), равных нулю вне , а через - оператор ортогонального проектирования функций из L2(Q) на ). Так как μn(∂Qsl) = 0, из абсолютной непрерывности интеграла Лебега следует, что , (3.1) где μn(·) - мера Лебега в Rn. Лемма 3.2. - инвариантное подпространство операторов RijQ. Введем изометрический изоморфизм гильбертовых пространств , (3.2) определив вектор-функцию (Usu)(x) равенством (Usu)l(x) = u(x + hsl) (x ∈ Qs1), (3.3) где l = 1,...,N = N(s), hsl таково, что . Введем матрицы Rijs порядка N(s) × N(s) с элементами , если h = hsl - hsk ∈ M, kl 0, если h = hsl - hsk ∈ M/ , (3.4) Лемма 3.3. Операторы , определенные по формуле RijQs = UsRijQUs-1, (3.5) являются операторами умножения на квадратные матрицы Rijs соответственно. Замечание 3.1. Поскольку область Q является ограниченной, а матрицы Rijs состоят из конечного множества чисел aijh и нулей, то множество различных матриц конечно (см. [31]). Введем блочную матрицу Rs вида . Условие 3.1. Будем говорить, что дифференциально-разностное уравнение (1.1) удовлетворяет условию (SE), если матрицы положительно определены. Здесь матрица Rs∗ является сопряженной к Rs. Поэтому если уравнение (1.1) удовлетворяет условию (SE), то существует константа c > 0 такая, что для всех s = 1,2,... и всех Y ∈ CnN(s) Re(, где (·,·) - скалярное произведение в CnN(s). Всюду далее мы будем считать, что дифференциально-разностное уравнение (1.1) удовлетворяет условию сильной эллиптичности. Определение 3.1. Краевую задачу (1.1)-(1.2) будем называть второй краевой задачей для сильно эллиптического дифференциально-разностного уравнения, если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q), и третьей краевой задачей, если Обозначим через пространство Соболева комплекснозначных функций, состоящее из функций, принадлежащих L2(Q) и имеющих все обобщенные производные до k-го порядка из L2(Q). В пространстве вводится скалярное произведение по формуле где α = (α1,...,αn) - вектор с неотрицательными целочисленными координатами, . Обозначим через замыкание пространства C˙ ∞(Q) финитных бесконечно дифференцируемых функций в пространстве . Обозначим) пространство комплекснозначных функций, состоящее из функций, принадлежащих и имеющих все обобщенные производные до k-го порядка из , где Q - произвольная внутренняя подобласть области Q, т. е. Лемма 3.4. Операторы RijQ непрерывно отображают пространство в пространство. Если, то . Введем полуторалинейную форму aR[u,v] в L2(Q) с областью определения D(aR) = W21(Q) по формуле , (3.6) где (σu,v)L2(∂Q) = ((σu)|∂Q,v|∂Q)L2(∂Q). Всюду далее через (f,g)L2(∂Q) будем обозначать скалярное произведение следов функций f,g, т. е. (f,g)L2(∂Q) = (f|∂Q,g|∂Q)L2(∂Q). Из [8, лемма 1, §13, гл. II] получим следующий результат. Лемма 3.5. Пусть выполнено условие (SE). Тогда существуют постоянные c1,c2 > 0 такие, что , (3.7) Re, (3.8) где (3.9) задает квадрат полунормы функции u ∈ W21(Q). Данная полунорма в случае третьей краевой задачи |u|2W21(Q) является эквивалентной нормой функции u ∈ W21(Q). Из неравенств (3.7)-(3.9) и [9, теорема 1.11, §1, гл. VI] следует, что форма aR[u,v] (u,v ∈ W21(Q)) является плотно определенной, замкнутой, секториальной полуторалинейной формой в L2(Q). Поэтому в силу [9, теорема 2.1, §2, гл. VI] существует m-секториальный оператор AR : L2(Q) ⊂ D(AR) → L2(Q) такой, что D(AR) ⊂ D(aR) = W21(Q) и aR[u,v] = (ARu,v)L2(Q) (u ∈ D(AR),v ∈ D(aR)). (3.10) Отсюда и из леммы 3.5 вытекает Лемма 3.6. Пусть выполнено условие (SE). Тогда в случае второй краевой задачи для любого c3 > 0 существует c4 > 0 такое, что Re(, (3.11) а в случае третьей краевой задачи существует c5 > 0 такое, что Re(. (3.12) 4. ОБОБЩЕННЫЕ И КЛАССИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ Введем пространство Ck(Q) как множество непрерывных и k раз непрерывно дифференцируемых функций в Q с нормой . (4.1) Определение 4.1. Функцию u будем называть обобщенным решением краевой задачи (1.1)(1.2), если u ∈ W21(Q) и для всех v ∈ W21(Q) aR[u,v] = (f,v)L2(Q). (4.2) Используя методы, изложенные в [10, гл. IV, §1] можно доказать следующее утверждение. Теорема 4.1. Пусть уравнение (1.1) удовлетворяет условию сильной эллиптичности. Тогда вторая краевая задача для эллиптического дифференциально-разностного уравнения разрешима тогда и только тогда, когда . (4.3) При этом существует единственное обобщенное решение u(x) такое, что . Всякое другое решение имеет вид u˜(x) = u(x) + c, где c - некоторая константа. Обобщенное решение третьей краевой задачи существует и единственно для любой f ∈ L2(Q). Приведенная теорема доказана в [23]. Определение 4.2. Функцию назовем классическим решением краевой задачи (1.1)-(1.2), если RijQuxj ∈ C1(Q) (i,j = 1,...,n) и u(x) удовлетворяет уравнению (1.1) для всех x ∈ Q и краевому условию (1.2) на ∂Q. Из определений 4.1 и 4.2 следует Теорема 4.2. Пусть u(x) - классическое решение задачи (1.1)-(1.2), и пусть u ∈ C1(Q) и RijQuxj ∈ C1(Q). Тогда u(x) является обобщенным решением задачи (1.1)-(1.2). 5. ГЛАДКОСТЬ ОБОБЩЕННЫХ РЕШЕНИЙ ВБЛИЗИ ГРАНИЦ ПОДОБЛАСТЕЙ В ШКАЛЕ ПРОСТРАНСТВ В данном разделе мы изучим гладкость обобщенных решений второй и третьей краевых задач для сильно эллиптических дифференциально-разностных уравнений внутри подобластей Qsl и вблизи их границ. Данный результат приблизит нас к ответу на вопрос об условиях существования классического решения краевой задачи (1.1)-(1.2). Всюду в дальнейшем при рассмотрении второй краевой задачи условие ее разрешимости (4.3) будем считать выполненным. Ниже приведем некоторые результаты, которые понадобятся нам для доказательства теоремы о гладкости. Теорема 5.1. Пусть u(x) - обобщенное решение краевой задачи (1.1)-(1.2) и ее правая часть . Тогда. Доказательство содержится в [31, с. 347]. Следствие 5.1. Пусть выполнены условия теоремы 5.1. Тогда почти всюду в Qsl (s = p,q; l = 1,...,N(s)) обобщенное решение u(x) удовлетворяет уравнению (1.1). См. доказательство в [23, с. 1769]. В дальнейшем при исследовании гладкости обобщенных решений краевой задачи (1.1)-(1.2) вблизи границ подобластей Qsl важную роль играет ε-окрестность множества K, определенного в (2.1): Kε = {x ∈ Rn : ρ(x,K) < ε}, где ε > 0. Лемма 5.1. Для любой функции u ∈ W21(Q) имеет место неравенство . См. доказательство в [10, §5, гл. III]. Теорема 5.2. Пусть u(x) - обобщенное решение краевой задачи (1.1)-(1.2), σ ∈ C1(∂Q) и f ∈ L2(Q). Тогда u ∈ W22(Qsl \ Kε) для каждого ε > 0 (s = 1,2...; l = 1,...,N(s)). Доказательство содержится в [8, теорема 2, §11]. Рассмотрим вопрос о гладкости обобщенных решений вблизи границ подобластей Qsl (s = 1,2...; l = 1,...,N(s)) для случая. Теорема 5.3. Пусть для уравнения (1.1) выполнено условие (SE). Пусть u(x) - обобщенное решение краевой задачи . Тогда для каждого ε > 0 (s = 1,2...; l = 1,...,N(s)). Доказательство. В силу теоремы 5.1 достаточно показать, что для любой точки y ∈ ∂Qpi \ K существует шар Ba(y) такой, что, где Ba(y) - шар радиуса a с центром в точке y. Доказательство этого утверждения основано на известном методе аппроксимации оператора дифференцирования конечноразностным оператором. Однако, в отличие от эллиптических дифференциальных уравнений, эллиптические дифференциально-разностные уравнения являются нелокальными. Поэтому, изучая гладкость решения в окрестности точки y ∈ ∂Qsl\K, мы одновременно должны рассматривать соответствующие окрестности всех точек y + h ∈ Q, где h ∈ M. Методы доказательства являются дальнейшим развитием техники, разработанной в [25, теорема 3, с. 1143], [32, теорема 11.3, §11, Гл. II]. 1. Зафиксируем некоторый класс подобластей s = p и точку y ∈ ∂Qpi \ K. Пусть hpl - вектор, удовлетворяющий условию Qpl = Qp1 + hpl (l = 1,...,N(p)), hp1 = 0. Введем точки y1,...,yN(p) так, что yl = yi - hpi + hpl, где yi = y. Из определения множеств Γsl следует, что существует единственное r такое, что , и после перенумерации множеств Qpl и Γrl имеем • yl ∈ Γrl ⊂ ∂Qpl (l = 1,...,N(p)); • Γrl ⊂ Q (l = 1,...,J0 = J0(r)); • Γrl ⊂ ∂Q (l = J0 + 1,...,J(r)). Существует единственная подобласть такая, что Γr1 ⊂ ∂Qqm. Перенумеруем подобласти q-го класса так, чтобы Γrl ⊂ ∂Qql (l = 1,...,J0). РИС. 4. Область Q и ее разбиение после перенумерации множеств Qpl и Γrl. Здесь q = 1, p = 2, N(q) = 3, N(p) = 2, r = 2, J(r) = r, J0(r) = J0 = 2. Введем точки zl ∈ Q (l = 1,...,N(q)), так, что zl = y1 + hql (l = 1,...,N(q)). По построению yl = zl ∈ Q (l = 1,...,J0), zl ∈ ∂Qql \ K, (l = J0 + 1,...,N(q)). В силу леммы 2.8 существует единственная подобласть. Перенумеруем подобласти q-го класса так, что Γrl ⊂ ∂Qql (l = 1,...,J0). Введем точки z1,...,zN ∈ Q так, что. По построению zl = yl ∈ Q (l = 1,...,J0); zl ∈ ∂Qql\K (l = J0 + 1,...,N(q)). Кроме того, по лемме 2.6 . Рассмотрим шары B4δ(xsl) (s = p,q;l = 1,...,N(s)), где xpl = yl, xql = zl. В силу условия и лемм 2.3, 2.4 мы можем выбрать δ > 0 настолько малым, чтобы выполнялись следующие условия: ; • множества - связные и принадлежат классу C∞ (l = 1,...,N(s);s = p,q); ); . 2. Не ограничивая общности, будем считать, что y1 = 0, а уравнение поверхности имеет вид xn = 0. В противном случае можно применить стандартную процедуру распрямления границы (см., например, [10, теорема 4, §2, гл. 4]). Пусть , где ), . Введем пространство функций , где В интегральном тождестве (4.2) положим v = ξv0, где . Так как операторы RijQ коммутируют с операторами умножения на ξ(x), ξxi(x) (i = 1,...,n), легко видеть, что (5.1) и, следовательно, , (5.2) где . В формуле (5.2) положим, а оператор δ-r t определен по формулам где - . Отметим также, что для финитных в Rn \ Q функций v и w, продолженных нулем, справедливы следующие формулы: , δtr(vw) = vδtrw + wtrδtrv. По построению. Из (3.6) получим где . С другой стороны, подставляя равенство (5.2) в (5.3), имеем aR[δtrw,v1] = a1(v1) + a2(v1) + a3(v1), (5.4) где , По теореме о конечных разностях [10, теорема 4, §3, гл. III] получим следующие оценки слагаемых a1(v1), a2(v1), a3(v1): , (5.5) | (5.6) Используя предположение о гладкости σ(x) и лемму 5.1, получим a3(v1) = 0, если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q), (5.7) , если Из соотношений (5.4)-(5.7) получим , если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q), (5.9) , если 3. Положим Очевидно, что. В силу леммы 3.5 Re, если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q), (5.11) Re, если. (5.12) Из оценок (5.9), (5.11) и (5.10), (5.12) получим , если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q), (5.13) , если. (5.14) Используя теорему об аппроксимации обобщенных производных конечно-разностными отношениями (см. [10, теорема 4, §3, гл. III]), мы имеем wxixr ∈ L2(Q) (i + r < 2n), т. е. . 4. Докажем теперь, что . Используя изоморфизм , введенный выше, получим, что (UpPpu)xixj ∈ , где i + j < 2n. Согласно следствию 5.1 функция удовлетворяет уравнению (5.15) где . В виду сильной эллиптичности задачи (1.1)-(1.2), матрица Rnnp имеет обратную. Таким образом, , т. е. Таким образом, теорема 5.3 для k = 0 доказана. 5. Пусть k ∈ N - любое. В силу доказанного выше нам достаточно установить, что для произвольной фиксированной точки границы y ∈ ∂Qpi \ K существует шар Bδ(y) такой, что , а точнее . Из предыдущих рассуждений нам известно, что и выполнено равенство (5.4). Покажем, что для любого m = 1,2,...,k выполнено , и что будет справедливо равенство , (5.4m) где . Здесьλ, β | - 3 Докажем это утверждение при m = 1. Для этого запишем a1(v1) из равенства (5.4) следующим образом: - и перейдем к пределу при t → 0 в равенстве (5.4), тогда . Положим. Тогда, используя (5.3), получим , (5.41) где . Используя теорему о конечных разностях и учитывая гладкость σ(x), получим, аналогично предыдущим оценкам, следующие: , (5.51) (5.61) , если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q), (5.71) , если Из (5.41)-(5.71) получим , если σ(x) ≡ 0 (x ∈ ∂Q) (5.91) , если Полагая), из (5.91), (5.101) в силу (5.11)-(5.14) получим . Отсюда, используя теорему об аппроксимации обобщенных производных конечно-разностными операторами, имеем wxrxgxi ∈ L2(Q) (i = 1,...,n; g,r = 1,...,n - 1), т. е. . Для оценки остальных производных третьего порядка uxgxnxn (g = 1,...,n - 1) продифференцируем равенство (5.15) по xg (g = 1,...,n - 1). Тогда в силу невырожденности матрицы Rnnp мы получим . Отсюда, дифференцируя (5.15) по xn, имеем . Таким образом, и имеет место равенство (5.41). Повторяя этот процесс m раз (), получим, что и имеет место равенство (5.4m). Таким образом, используя результат теоремы 5.1 о внутренней гладкости и итерационную схему, описанную выше, мы доказали теорему. Из теоремы 5.3 и теоремы вложения Соболева вытекает утверждение о принадлежности обобщенного решения пространству непрерывно-дифференцируемых функций внутри подобластей Qsl \ Kε области Q. Следствие 5.2. Пусть уравнение (1.1) - сильно эллиптическое. Пусть u(x) - обобщенное решение краевой задачи . Тогда u ∈ Ck+1-[n2](Qsl \ Kε) для каждого ε > 0 (s = 1,2...;l = 1,...,N(s)).
About the authors
D. A. Neverova
Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
Author for correspondence.
Email: dneverova@gmail.com
Moscow, Russia
References
- Антоневич А.Б. Об индексе и нормальной разрешимости общей эллиптической краевой задачи с конечной группой сдвигов на границе// Дифф. уравн. - 1972. -8, № 2. - С. 309-317.
- Беллман Р., Кук К. Дифференциально-разностные уравнения. - М.: Мир, 1967.
- Бицадзе А.В., Самарский А.А. О некоторых простейших обобщениях линейных эллиптических краевых задач// Докл. АН СССР. - 1969. -185, № 4. - С. 739-740.
- Варфоломеев Е.М. О некоторых свойствах эллиптических и параболических функционально-дифференциальных операторов, возникающих в нелинейной оптике// Соврем. мат. Фундам. направл. - 2007. -21. - С. 5-36
- Власов В.В., Перез Ортиз Р., Раутиан Н.А. Исследование вольтерровых интегро-дифференциальных уравнений с ядрами, зависящими от параметра// Дифф. уравн. - 2018. -54, № 3. - С. 369-386.
- Власов В.В., Раутиан Н.А. Спектральный анализ функционально-дифференциальных уравнений. - М.: МАКС Пресс, 2016.
- Власов В.В., Раутиан Н.А. Исследование функционально-дифференциальных уравнений с неограниченными операторными коэффициентами// Докл. РАН. - 2017. -477, № 6. - С. 641-645.
- Каменский Г.А., Скубачевский А.Л. Линейные краевые задачи для дифференциально-разностных уравнений. - М.: МАИ, 1992.
- Като Т. Теория возмущений линейных операторов. - М.: Мир, 1972.
- Михайлов В.П. Дифференциальные уравнения в частных производных. - М.: Наука, 1976.
- Мышкис А.Д. Линейные дифференциальные уравнения с запаздывающим аргументом. - М.: Наука, 1972.
- Неверова Д.А., Скубачевский А.Л. О классических и обобщенных решениях краевых задач для дифференциально-разностных уравнений с переменными коэффициентами// Мат. заметки. - 2013. - 94, № 5. - С. 702-719.
- Онанов Г.Г., Скубачевский А.Л. Дифференциальные уравнения с отклоняющимися аргументами в стационарных задачах механики деформируемого тела// Прикл. мех. - 1979. -15, № 5. - С. 39-47.
- Подъяпольский В.В., Скубачевский А.Л. Спектральная асимптотика сильно эллиптических дифференциально-разностных операторов// Дифф. уравн. - 1999. -35. - С. 393-800.
- Попов В.А., Скубачевский А.Л. Априорные оценки для эллиптических дифференциально-разностных операторов с вырождением// Соврем. мат. Фундам. направл. - 2010. -36. - С. 125-142.
- Попов В.А., Скубачевский А.Л. Гладкость обобщенных решений эллиптических дифференциально разностных уравнений с вырождением// Соврем. мат. Фундам. направл. - 2011. -39. - С. 130-140.
- Рабинович В.С. О разрешимости дифференциально-разностных уравнений на Rn и в полупространстве// Докл. АН СССР. - 1978. -243, № 5. - С. 1134-1137.
- Россовский Л.Е. Эллиптические функционально-дифференциальные уравнения со сжатием и растяжением аргументов неизвестной функции// Соврем. мат. Фундам. направл. - 2014. -54. - С. 31-38.
- Селицкий А.М. Третья краевая задача для параболического дифференциально-разностного уравнения// Соврем. мат. Фундам. направл. - 2007. -21. - С. 114-132.
- Селицкий А.М., Скубачевский А.Л. Вторая краевая задача для параболического дифференциальноразностного уравнения// Тр. сем. им. И. Г. Петровского. - 2007. -26. - С. 324-347.
- Скубачевский А.Л. О собственных значениях и собственных функциях некоторых нелокальных краевых задач// Дифф. уравн. - 1989. -25, № 1. - С. 127-136.
- Скубачевский А.Л. Краевые задачи для эллиптических функционально-дифференциальных уравнений и их приложения// Усп. мат. наук. - 2016. -71, № 5. - С. 3-112.
- Скубачевский А.Л., Цветков Е.Л. Вторая краевая задача для эллиптических дифференциальноразностных уравнений// Дифф. уравн. - 1989. -25, № 10. - С. 1766-1776.
- Хейл Дж. Теория функционально-дифференциальных уравнений. - М.: Мир, 1984.
- Цветков Е.Л. О гладкости обобщенных решений третьей краевой задачи для эллиптического дифференциально-разностного уравнения// Укр. мат. ж. - 1993. -45, № 8. - С. 1140-1150.
- Hartman F., Stampacchia G. On some nonlinear elliptic differential-functional equations// Acta Math. - 1966. -115. - С. 271-310.
- Neverova D.A. Generalized and classical solutions to the Second and third boundary value problem for difference-differential equations// Funct. Differ. Equ. - 2014. -21. - С. 47-65.
- Neverova D.A., Skubachevskii A.L. On the smoothness of generalized solutions to boundary value problems for strongly elliptic differential-difference equations on a boundary of neighboring subdomains// Russ. J. Math. Phys. - 2015. -22, № 4. - С. 504-517.
- Onanov G.G., Skubachevskii A.L. Nonlocal Problems in the Mechanics of Three-Layer Shells// Math. Model. Nat. Phenom. - 2017. -12. - С. 192-207.
- Onanov G.G., Tsvetkov E.L. On the minimum of the energy functional with respect to functions with deviating argument in a stationary problem of elasticity theory// Russ. J. Math. Phys. - 1996. -3, № 4. - С. 491-500.
- Skubachevskii A.L. The first boundary value problem for strongly elliptic differential-difference equations// J. Differ. Equ. - 1986. -63, № 3. - С. 332-361.
- Skubachevskii A.L. Elliptic functional differential equations and applications. - Basel-Boston-Berlin: Birkhauser, 1997.
Supplementary files



