Asymptotics of the Spectrum of Variational Problems Arising in the Theory of Fluid Oscillations

Cover Page

Cite item

Abstract

This work is a survey of results on the asymptotics of the spectrum of variational problems arising in the theory of small oscillations of a fluid in a vessel near the equilibrium position. The problems were posed by N. D. Kopachevsky in the late 1970s and cover various fluid models. The formulations of problems are given both in the form of boundary-value problems for eigenvalues in the domain Ω⊂R3, which is occupied by the fluid in the equilibrium state, and in the form of variational problems on the spectrum of the ratio of quadratic forms. The common features of all the problems under consideration are the presence of an “elliptic” constraint (the Laplace equation for an ideal fluid or a homogeneous Stokes system for a viscous fluid), as well as the occurrence of the spectral parameter in the boundary condition on the free (equilibrium) surface Γ. The spectrum in the considered problems is discrete; the spectrum distribution functions have power-law asymptotics.

About the authors

T. A. Suslina

Saint Petersburg State University

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

References

  1. Агранович М. С. Смешанные задачи в липшицевой области для сильно эллиптических систем 2-го порядка// Функц. анализ и его прилож. - 2011. - 45, № 2. - С. 1-22.
  2. Агранович М. С. Соболевские пространства, их обобщения и эллиптические задачи в областях с гладкой и липшицевой границей. - М.: МЦНМО, 2013.
  3. Бабский В. Г., Копачевский Н. Д., Мышкис А. Д., Слобожанин Л. А., Тюпцов А. Д. Гидромеханика невесомости. - М.: Наука, 1976.
  4. Березанский Ю. М. Разложение по собственным функциям самосопряженных операторов. - Киев: Наукова думка, 1965.
  5. Бесов О. В., Ильин В. П., Никольский С. М. Интегральные представления функций и теоремы вложения. - М.: Наука, 1975.
  6. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Спектральная асимптотика негладких эллиптических операторов. I// Тр. Моск. мат. об-ва. - 1972. - № 27. - С. 3-52.
  7. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Количественный анализ в теоремах вложения Соболева и приложения к спектральной теории// В сб.: «Десятая мат. школа». - Киев, 1974. - С. 5-189.
  8. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Асимптотика спектра псевдодифференциальных операторов с анизотропно-однородными символами. I// Вестн. Ленингр. ун-та. - 1977. - № 13. - С. 13-21.
  9. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Асимптотика спектра дифференциальных уравнений// Итоги науки и техн. Мат. анализ. - 1977. - 14. - С. 5-58.
  10. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Асимптотика спектра псевдодифференциальных операторов с анизотропно-однородными символами. II// Вестн. Ленингр. ун-та. - 1979. - № 13. - С. 5-10.
  11. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Асимптотика спектра вариационных задач на решениях эллиптических уравнений// Сиб. мат. ж. - 1979. - 20, № 1. - С. 3-22.
  12. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Асимптотика спектра вариационных задач на решениях эллиптических систем// Зап. науч. сем. ЛОМИ. - 1982. - 115.- С. 23-39.
  13. Бирман М. Ш., Соломяк М. З. Компактные операторы со степенной асимптотикой сингулярных чисел// Зап. науч. сем. ЛОМИ. - 1983. - 126.- С. 21-30.
  14. Вулис И. Л., Соломяк М. З. Спектральная асимптотика вырождающейся задачи Стеклова// Вестн. Ленингр. ун-та - 1973. - № 19. - С. 262-265.
  15. Каразеева Н. А., Соломяк М. З. Асимптотика спектра контактной задачи для эллиптических уравнений второго порядка// Пробл. мат. анализа. - 1981. - № 8. - С. 36-48.
  16. Кожевников А. Н. Об асимптотике собственных значений и полноте корневых векторов оператора, порожденного краевой задачей с параметром в краевом условии// Докл. АН СССР. - 1971. - 200, № 6. - С. 1273-1276.
  17. Кожевников А. Н. Спектральные задачи для псевдодифференциальных систем, эллиптических по Дуглису-Ниренбергу// Мат. сб. - 1973. - 92, № 1. - С. 60-88.
  18. Копачевский Н. Д. Нормальные колебания системы тяжелых вязких вращающихся жидкостей// Докл. АН УССР. Сер. А. - 1978. - № 7. - С. 586-590.
  19. Копачевский Н. Д. Малые движения и нормальные колебания системы тяжелых вязких вращающихся жидкостей. - Харьков: ФТИНТ АН УССР, Препринт 33-77. - 1978.
  20. Копачевский Н. Д. Теория малых колебаний жидкостей с учетом сил поверхностного натяжения и вращения// Дисс. доктора физ.-мат. наук. - Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1979.
  21. Копачевский Н. Д., Крейн С. Г., Нго Зуй Кан. Операторные методы в линейной гидродинамике. - М.: Наука, 1989.
  22. Лионс Ж.-Л., Мадженес Э. Неоднородные граничные задачи и их приложения. - М.: Мир, 1971.
  23. Лукьянов В. В., Назаров А. И. Решение задачи Вентцеля для уравнения Лапласа и Гельмгольца с помощью повторных потенциалов// Зап. науч. сем. ЛОМИ. - 1998. - 250. - С. 203-218.
  24. Михлин С. Г. Проблема минимума квадратичного функционала. - М.: Гостехиздат, 1952.
  25. Розенблюм Г. В. Асимптотика собственных значений некоторых двумерных спектральных задач// Пробл. мат. анализа. - 1979. - 7. - С. 188-203.
  26. Розенблюм Г. В. Частное сообщение. - 2021.
  27. Солонников В. А., Уральцева Н. Н. Пространства Соболева// В сб.: «Избранные главы анализа и высшей алгебры». - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981.
  28. Суслина Т. А. Асимптотика спектра вариационных задач на решениях однородного эллиптического уравнения при наличии связей на части границы// Пробл. мат. анализа. - 1984. - № 9. - С. 84-97.
  29. Суслина Т. А. Асимптотика спектра некоторых задач, связанных с колебаниями жидкостей// Деп. в ВИНИТИ. - 1985. - № 8058-B.
  30. Суслина Т. А. Асимптотика спектра вариационных задач на решениях эллиптического уравнения в области с кусочно-гладкой границей// Зап. науч. сем. ЛОМИ. - 1985. - 147. - С. 179-183.
  31. Суслина Т. А. Об асимптотике спектра некоторых задач, связанных с колебаниями жидкостей// Зап. науч. сем. ЛОМИ. - 1986. - 152. - С. 158-164.
  32. Суслина Т. А. Асимптотика спектра двух модельных задач теории колебаний жидкостей// Тр. СПб. Мат. об-ва. - 1996. - 4. - С. 287-322.
  33. Темам Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ. - М.: Мир, 1981.
  34. Трев Ф. Введение в теорию псевдодифференциальных операторов и интегральных операторов Фурье. Т. 1, 2. - М.: Мир, 1984.
  35. Boutet de Monvel L. Boundary problems for pseudodifferential operators// Acta Math. - 1971. - 126.- С. 11-51.
  36. Galkowski J., Toth J. A. Poinwise bounds for Steklov eigenfunctions// J. Geom. Anal. - 2019. - 29.- С. 142-193.
  37. Girouard A., Polterovich I. Spectral geometry of the Steklov problem// J. Spectr. Theory - 2017. - 7, № 2. - С. 321-359.
  38. Grubb G. Functional calculus of pseudodifferential boundary problems. - Boston: Birkha¨user, 1996.
  39. Grubb G., Geymonat G. The essential spectrum of elliptic systems of mixed order// Math. Ann. - 1977. - 227. - С. 247-276.
  40. Kopachevsky N. D., Krein S. G. Operator approach to linear problems of hydrodynamics. Vol. 1: Self-adjoint problems for an ideal fluid. - Basel-Boston-Berlin: Birkha¨user, 2001.
  41. Kopachevsky N. D., Krein S. G. Operator approach to linear problems of hydrodynamics. Vol. 2: Non-selfadjoint problems for viscous fluids. - Basel-Boston-Berlin: Birkha¨user, 2003.
  42. Maz’ya V. G., Plamenevskii B. A. The first boundary value problem for the classical equations of mathematical physics. I// Z. Anal. Anwend. - 1983. - 2, № 1. - С. 335-359.
  43. Metivier G. Valeurs propres d’operateurs definis par la restriction de systemes variationnels a des sousespaces// J. Math. Pures Appl. - 1978. - 57, № 2. - С. 133-156.
  44. Sandgren L. A vibration problem// Medd. Lunds Univ. Mat. Semin. - 1955. - 13.
  45. Suslina T. A. Spectral asymptotics of variational problems with elliptic constraints in domains with piecewise smooth boundary// Russ. J. Math. Phys. - 1999. - 6, № 2. - С. 214-234.
  46. Zhu J. Geometry and interior nodal sets of Steklov eigenfunctions// Calc. Var. Part. Differ. Equ. - 2020. - 59, № 5. - Paper No. 150.

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