Averaging of Higher-Order Parabolic Equations with Periodic Coefficients

Cover Page

Cite item

Abstract

In L2(Rd;Cn), we consider a wide class of matrix elliptic operators Aε of order 2p (where p≥2) with periodic rapidly oscillating coefficients (depending on x/ε). Here ε > 0 is a small parameter. We study the behavior of the operator exponent e-Aετ for τ > 0 and small ε. We show that the operator e-Aετ converges as ε → 0 in the operator norm in L2(Rd;Cn) to the exponent e-A0τ of the effective operator A0. Also we obtain an approximation of the operator exponent e-Aετ in the norm of operators acting from L2(Rd;Cn) to the Sobolev space Hp(Rd; Cn). We derive estimates of errors of these approximations depending on two parameters: ε and τ. For a fixed τ > 0 the errors have the exact order O(ε). We use the results to study the behavior of a solution of the Cauchy problem for the parabolic equation τuε(x,τ)= -(Aε uε)(x,τ)+F(x,τ) in Rd.

About the authors

A. A. Miloslova

Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: st010144@student.spbu.ru
Saint Petersburg, Russia

T. A. Suslina

Saint Petersburg State University

Email: t.suslina@spbu.ru
Saint Petersburg, Russia

References

  1. Бахвалов Н. С., Панасенко Г. П. Осреднение процессов в периодических средах. - М.: Наука, 1984.
  2. Бирман М. Ш., Суслина Т. А. Периодические дифференциальные операторы второго порядка. Пороговые свойства и усреднения// Алгебра и анализ. - 2003. - 15, № 5. - С. 1-108.
  3. Бирман М. Ш., Суслина Т. А. Пороговые аппроксимации резольвенты факторизованного самосопряженного операторного семейства с учетом корректора// Алгебра и анализ. - 2005. - 17, № 5. - С. 69-90.
  4. Бирман М. Ш., Суслина Т. А. Усреднение периодических эллиптических дифференциальных операторов с учетом корректора// Алгебра и анализ. - 2005. - 17, № 6. - С. 1-104.
  5. Бирман М. Ш., Суслина Т. А. Усреднение периодических дифференциальных операторов с учетом корректора. Приближение решений в классе Соболева H1(Rd)// Алгебра и анализ. - 2006. - 18, № 6. - С. 1-130.
  6. Василевская Е. С. Усреднение параболической задачи Коши с периодическими коэффициентами при учете корректора// Алгебра и анализ. - 2009. - 21, № 1. - С. 3-60.
  7. Вениаминов Н. А. Усреднение периодических дифференциальных операторов высокого порядка// Алгебра и анализ. - 2010. - 22, № 5. - С. 69-103.
  8. Жиков В. В. Об операторных оценках в теории усреднения// Докл. РАН. - 2005. - 403, № 3. - С. 305-308.
  9. Жиков В. В., Козлов С. М., Олейник О. А. Усреднение дифференциальных операторов. - М.: Наука, 1993.
  10. Жиков В. В., Пастухова С. Е. Об операторных оценках в теории усреднения// Усп. мат. наук. - 2016. - 71, № 3. - С. 27-122.
  11. Като Т. Теория возмущений линейных операторов. - М.: Мир, 1972.
  12. Кукушкин А. А., Суслина Т. А. Усреднение эллиптических операторов высокого порядка с периодическими коэффициентами// Алгебра и анализ. - 2016. - 28, № 1. - С. 89-149.
  13. Пастухова С. Е. Операторные оценки усреднения для эллиптических уравнений четвертого порядка// Алгебра и анализ. - 2016. - 28, № 2. - С. 204-226.
  14. Пастухова С. Е. L2-аппроксимации резольвенты в усреднении эллиптических операторов высокого порядка// Пробл. мат. анализа. - 2020. - 107. - С. 113-132.
  15. Пастухова С. Е. L2-аппроксимации резольвенты в усреднении эллиптических операторов четвертого порядка// Мат. сб. - 2021. - 212, № 1. - С. 119-142.
  16. Санчес-Паленсия Э. Неоднородные среды и теория колебаний. - М.: Мир, 1984.
  17. Слоущ В. А., Суслина Т. А. Усреднение эллиптического оператора четвертого порядка с периодическими коэффициентами при учете корректоров// Функц. анализ и его прилож. - 2020. - 54, № 3. - С. 94-99.
  18. Слоущ В. А., Суслина Т. А. Усреднение эллиптического оператора четвертого порядка с периодическими коэффициентами// В сб.: «Сборник материалов международной конференции КРОМШ-2020». - Симферополь: «Полипринт», 2020. - С. 186-188.
  19. Слоущ В. А., Суслина Т. А. Пороговые аппроксимации резольвенты полиномиального неотрицательного операторного пучка// Алгебра и анализ. - 2021. - 33, № 2. - С. 233-274.
  20. Суслина Т. А. Об усреднении периодических параболических систем// Функц. анализ и его прилож. - 2004. - 38, № 4. - С. 86-90.
  21. Суслина Т. А. Усреднение эллиптических операторов с периодическими коэффициентами в зависимости от спектрального параметра// Алгебра и анализ. - 2015. - 27, № 4. - С. 87-166.
  22. Bensoussan A., Lions J. L., Papanicolaou G. Asymptotic analysis for periodic structures. - Amsterdam- New York: North Holland Publishing Co., 1978.
  23. Meshkova Yu. M. Note on quantitative homogenization results for parabolic systems in Rd// J. Evol. Equ. - 2020. - doi: 10.1007/s00028-020-00600-2.
  24. Pastukhova S. E. Estimates in homogenization of higher-order elliptic operators// Appl. Anal. - 2016. - 95, № 7. - С. 1449-1466.
  25. Suslina T. A. Homogenization of a periodic parabolic Cauchy problem// В сб.: «Nonlinear Equations and Spectral Theory». - Providence: Amer. Math. Soc., 2007. - С. 201-233.
  26. Suslina T. A. Homogenization of a periodic parabolic Cauchy problem in the Sobolev space H1(Rd)// Math. Model. Nat. Phenom.- 2010.- 5, № 4. - С. 390-447.
  27. Suslina T. A. Homogenization of the higher-order Schro¨ dinger-type equations with periodic coefficients// В сб.: «Partial Differential Equations, Spectral Theory, and Mathematical Physics. The Ari Laptev Anniversary Volume». - EMS Publishing House, 2021 (to appear). - arXiv: 2011.13382.
  28. Zhikov V. V., Pastukhova S. E. On operator estimates for some problems in homogenization theory// Russ. J. Math. Phys. - 2005. - 12, № 4. - С. 515-524.
  29. Zhikov V. V., Pastukhova S. E. Estimates of homogenization for a parabolic equation with periodic coefficients// Russ. J. Math. Phys. - 2006. - 13, № 2. - С. 224-237.

Copyright (c) 2021 Contemporary Mathematics. Fundamental Directions

License URL: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.en

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies