Existence and uniqueness of a weak solution of an integro-differential aggregation equation on a Riemannian manifold

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A class of integro-differential aggregation equations with nonlinear parabolic term $b(x,u)_t$ is considered on a compact Riemannian manifold $\mathscr M$. The divergence term in the equations can degenerate with loss of coercivity and may contain nonlinearities of variable order. The impermeability boundary condition on the boundary $\partial\mathscr M\times[0,T]$ of the cylinder $Q^T=\mathscr M\times[0,T]$ is satisfied if there are no external sources of ‘mass’ conservation, $\int_\mathscr Mb(x,u(x,t)) d\nu=\mathrm{const}$. In a cylinder $Q^T$ for a sufficiently small $T$, the mixed problem for the aggregation equation is shown to have a bounded solution. The existence of a bounded solution of the problem in the cylinder $Q^\infty=\mathscr M\times[0,\infty)$ is proved under additional conditions. For equations of the form $b(x,u)_t=\Delta A(x,u)-\operatorname{div}(b(x,u)\mathscr G(u))+f(x,u)$ with the Laplace-Beltrami operator $\Delta$ and an integral operator $\mathscr G(u)$, the mixed problem is shown to have a unique bounded solution. Bibliography: 26 titles.

About the authors

Venera Fidarisovna Vildanova

Bashkir State Pedagogical University n. a. M. Akmulla

Candidate of physico-mathematical sciences, Associate professor

References

  1. В. Ф. Вильданова, Ф. Х. Мукминов, “Существование слабого решения интегро-дифференциального уравнения агрегации”, Дифференциальные и функционально-дифференциальные уравнения, СМФН, 63, № 4, РУДН, М., 2017, 557–572
  2. F. Punzo, “Well-posedness of the Cauchy problem for nonlinear parabolic equations with variable density in the hyperbolic space”, NoDEA Nonlinear Differential Equations Appl., 19 (2012), 485–501
  3. J. L. Vazquez, “Fundamental solution and long time behavior of the porous medium equation in hyperbolic space”, J. Math. Pures Appl. (9), 104:3 (2015), 454–484
  4. J. A. Carrillo, S. Hittmeir, B. Volzone, Y. Yao, “Nonlinear aggregation-diffusion equations: radial symmetry and long time asymptotics”, Invent. Math., 218:3 (2019), 889–977
  5. E. F. Keller, L. A. Segel, “Initiation of slime mold aggregation viewed as an instability”, J. Theoret. Biol., 26:3 (1970), 399–415
  6. P. H. Chavanis, C. Rosier, C. Sire, “Thermodynamics of self-gravitating systems”, Phys. Rev. E (3), 66:3 (2002), 036105, 19 pp.
  7. P. Biler, T. Nadzieja, “Global and exploding solutions in a model of self-gravitating systems”, Rep. Math. Phys., 52:2 (2003), 205–225
  8. P. H. Chavanis, J. Sommeria, R. Robert, “Statistical mechanics of two-dimensional vortices and collisionless stellar systems”, Astrophys. J., 471 (1996), 385–399
  9. В. Ф. Вильданова, “Существование и единственность слабого решения нелокального уравнения агрегации с вырождающейся диффузией общего вида”, Матем. сб., 209:2 (2018), 66–81
  10. A. L. Bertozzi, D. Slepcev, “Existence and uniqueness of solutions to an aggregation equation with degenerate diffusion”, Commun. Pure Appl. Anal., 9:6 (2010), 1617–1637
  11. J. A. Carrillo, F. Hoffmann, E. Mainini, B. Volzone, “Ground states in the diffusion-dominated regime”, Calc. Var. Partial Differential Equations, 57:5 (2018), 127, 28 pp.
  12. V. Calvez, J. A. Carrillo, F. Hoffmann, “Equilibria of homogeneous functionals in the fair-competition regime”, Nonlinear Anal., 159 (2017), 85–128
  13. Ф. Х. Мукминов, “Единственность ренормализованного решения эллиптико-параболической задачи в анизотропных пространствах Соболева–Орлича”, Матем. сб., 208:8 (2017), 106–125
  14. Ф. Х. Мукминов, “Существование ренормализованного решения анизотропной параболической задачи с переменными показателями нелинейности”, Матем. сб., 209:5 (2018), 120–144
  15. Ю. А. Алхутов, В. В. Жиков, “Теоремы существования и единственности решений параболических уравнений с переменным порядком нелинейности”, Матем. сб., 205:3 (2014), 3–14
  16. В. Н. Четвериков, “Субмерсии в категории бесконечно продолженных дифференциальных уравнений”, Научный вестник МГТУ ГА, 2013, № 194(8), 88–97
  17. А. М. Виноградов, И. С. Красильщик, В. В. Лычагин, Введение в геометрию нелинейных дифференциальных уравнений, Наука, М., 1986, 336 с.
  18. A. Grigor'yan, Heat kernel and analysis on manifolds, AMS/IP Stud. Adv. Math., 47, Amer. Math. Soc., Providence, RI; International Press, Boston, MA, 2009, xviii+482 pp.
  19. В. В. Жиков , М. Д. Сурначeв, “О плотности гладких функций в весовых соболевских пространствах с переменным показателем”, Алгебра и анализ, 27:3 (2015), 95–124
  20. О. А. Ладыженская, В. А. Солонников, Н. Н. Уральцева, Линейные и квазилинейные уравнения параболического типа, Наука, М., 1967, 736 с.
  21. С. Л. Соболев, Некоторые применения функционального анализа в математической физике, 3-е изд., Наука, М., 1988, 334 с.
  22. H. W. Alt, S. Luckhaus, “Quasilinear elliptic-parabolic differential equations”, Math. Z., 183:3 (1983), 311–341
  23. Ж. Л. Лионс, Некоторые методы решения нелинейных краевых задач, Мир, М., 1972, 587 с.
  24. F. Otto, “$L^1$-contraction and uniqueness for quasilinear elliptic-parabolic equations”, J. Differential Equations, 131:1 (1996), 20–38
  25. H. Brezis, Analyse fonctionnelle. Theorie et applications, Collect. Math. Appl. Maîtrise, Masson, Paris, 1983, xiv+234 pp.
  26. Ж.-Л. Лионс, Э. Мадженес, Неоднородные граничные задачи и их приложения, Мир, М., 1971, 371 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2020 Vildanova V.F.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).