Асимптотический анализ краевых задач для оператора Лапласа с частой сменой типа граничных условий
- Авторы: Борисов Д.И.1,2,3,4
-
Учреждения:
- Институт математики с ВЦ УФИЦ РАН
- Башкирский государственный университет
- Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы
- University of Hradec Kra´love´
- Выпуск: Том 67, № 1 (2021): Дифференциальные уравнения с частными производными
- Страницы: 14-129
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2413-3639/article/view/327658
- DOI: https://doi.org/10.22363/2413-3639-2021-67-1-14-129
- ID: 327658
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Настоящая работа, которую уместно рассматривать как небольшую монографию, посвящена исследованию двух- и трехмерных краевых задач на собственные значения для оператора Лапласа с частым чередованием типа граничных условий. Основной целью является построение асимптотических разложений собственных значений и собственных функций рассматриваемых задач. Асимптотические разложения строятся на основе оригинальных комбинаций методов асимптотического анализа: метода согласования асимптотических разложений, метода пограничного слоя и метода многих масштабов. Проводится анализ коэффициентов формально построенных асимптотических рядов. Для строго периодического и локально периодического чередования краевых условий описанный подход позволяет строить полные асимптотические разложения собственных значений и собственных функций. В случае непериодического чередования и усредненного третьего краевого условия получены достаточно слабые условия на структуру чередования, при которых удается построить первые поправки в асимптотиках для собственных значений и собственных функций; указанные условия включают в рассмотрение широкий класс различных случаев непериодического чередования. При дальнейшем, весьма серьезном ослаблении условий на структуру чередования удается получить двусторонние оценки скорости сходимости собственных значений возмущенной задачи; показано, что эти оценки неулучшаемы по порядку. Для соответствующих собственных функций также получены неулучшаемые по порядку оценки скорости сходимости.
Об авторах
Д. И. Борисов
Институт математики с ВЦ УФИЦ РАН; Башкирский государственный университет; Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы; University of Hradec Kra´love´
Автор, ответственный за переписку.
Email: borisovdi@yandex.ru
450008, г. Уфа, ул. Чернышевского, д. 112; 450000, г. Уфа, ул. Заки Валиди, д. 32; 450000, г. Уфа, ул. Октябрьской революции, д. 3а; Czech Republic, 50003, Hradec Kra´love´, Rokitanskeho, 62
Список литературы
- Бабич В. М., Кирпичникова Н. Я. Метод пограничного слоя. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1974.
- Бахвалов Н. C., Панасенко Г. П. Осреднение процессов в периодических средах. - М.: Наука, 1984.
- Беляев А. Г., Чечкин Г. А. Усреднение смешанной краевой задачи для оператора Лапласа в случае, когда «предельная» задача неразрешима// Мат. сб. - 1995. - 186, № 4. - С. 47-60.
- Беляев А. Ю., Чечкин Г. А. Усреднение операторов с мелкомасштабной структурой// Мат. заметки. - 1999. - 65, № 4. - С. 496-510.
- Бирман М. Ш., Суслина Т. А. Периодические дифференциальные операторы второго порядка. Пороговые свойства и усреднения// Алгебра и анализ. - 2003. - 15, № 5. - С. 1-108.
- Бирман М. Ш., Суслина Т. А. Пороговые аппроксимации резольвенты факторизованного самосопряженного семейства с учетом корректора// Алгебра и анализ. - 2005. - 17, № 5. - С. 69-90.
- Боголюбов Н. Н., Митропольский Ю. А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. - М.: Наука, 1974.
- Борисов Д. И. О двупараметрической асимптотике в одной краевой задаче для Лапласиана// Мат. заметки. - 2001. - 70, № 4. - С. 520-534.
- Борисов Д. И. Двупараметрические асимптотики собственных чисел Лапласиана с частым чередованием граничных условий// Вестн. молод. учен. Сер. прикл. мат. мех. - 2002. - № 1. - С. 32-52.
- Борисов Д. И. О Лапласиане с часто и непериодически чередующимися граничными условиями// Докл. РАН. - 2002. - 383, № 4. - С. 443-445.
- Борисов Д. И. О краевой задаче в цилиндре с частой сменой типа граничных условий// Мат. сб. - 2002. - 193, № 7. - С. 37-68.
- Борисов Д. И. О сингулярно возмущенной краевой задаче для Лапласиана в цилиндре// Дифф. уравн. - 2002. - 38, № 8. - С. 1071-1078.
- Борисов Д. И. Асимптотики и оценки собственных элементов Лаплаcиана с частой непериодической сменой граничных условий// Изв. РАН. Сер. Мат. - 2003. - 67, № 6. - С. 23-70.
- Борисов Д. И. Асимптотики и оценки скорости сходимости в трехмерной краевой задаче с частой сменой граничных условий// Сиб. мат. ж. - 2004. - 45, № 2. - С. 274-294.
- Борисов Д. И. О задаче с частым непериодическим чередованием краевых условий на быстро осциллирующих множествах// Журн. выч. мат. и мат. физ. - 2006. - 46, № 2. - С. 284-294.
- Борисов Д. И., Гадыльшин Р. Р. О спектре Лапласиана с часто меняющимся типом граничных условий// Теор. мат. физ. - 1999. - 118, № 3. - С. 347-353.
- Борисов Д. И., Шарапов Т. Ф. О резольвенте многомерных операторов с частой сменой краевых условий в случае третьего усредненного условия// Пробл. мат. анализа. - 2015. - 83.- С. 3-40.
- Ван-Дайк М. Методы возмущений в механике жидкости. - М.: Мир, 1967.
- Ватсон Г. Н. Теория бесселевых функций. Ч. 1. - М.: ИЛ, 1949.
- Вишик М. И., Люстерник Л. А. Регулярное вырождение и пограничный слой для линейных дифференциальных уравнений с малым параметром// Усп. мат. наук. - 1957. - 12, № 5. - С. 3-122.
- Гадыльшин Р. Р. Спектр эллиптических краевых задач при сингулярном возмущении граничных условий// В сб.: «Асимптотические свойства решений дифференциальных уравнений». - Уфа: БНЦ УрО АН СССР, 1988. - С. 3-15.
- Гадыльшин Р. Р. Об асимптотике собственных значений для периодически закрепленной мембраны// Алгебра и анализ. - 1998. - 10, № 1. - С. 3-19.
- Гадыльшин Р. Р. О краевой задаче для Лапласиана с быстро осциллируюшими граничными условиями// Докл. РАН. - 1998. - 362, № 4. - С. 456-459.
- Гадыльшин Р. Р. Асимптотики собственных значений краевой задачи с быстро осциллирующими граничными условиями// Дифф. уравн. - 1999. - 35, № 4. - С. 540-551.
- Гадыльшин Р. Р. Системы резонаторов// Изв. РАН. Сер. Мат. - 2000. - 64, № 3. - С. 51-96.
- Гадыльшин Р. Р. Осреднение и асимптотики в задаче о часто закрепленной мембране// Журн. выч. мат. и мат. физ.- 2001.- 41, № 12. - С. 1857-1869.
- Гадыльшин Р. Р. О модельном аналоге резонатора Гельмгольца в усреднении// Тр. МИАН. - 2002. - 236.- С. 79-86.
- Гадыльшин Р. Р. Об аналогах резонатора Гельмгольца в теории усреднения// Мат. сб. - 2002. - 193, № 11. - С. 43-70.
- Гадыльшин Р. Р., Чечкин Г. А. Краевая задача для Лапласиана с быстро меняющимся типом граничных условий в многомерной области// Сиб. мат. ж. - 1999. - 40, № 2. - С. 271-287.
- Градштейн И. C., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. - М.: Физматгиз, 1963.
- Доронина Е. И., Чечкин Г. А. Об усреднении решений эллиптического уравнения второго порядка с непериодическими быстро меняющимися граничными условиями// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Мат. Мех. - 2001. - № 1. - С. 14-19.
- Доронина Е. И., Чечкин Г. А. О cобственных колебаниях тела с большим количеством непериодически расположенных концентрированных масс// Тр. МИАН. - 2002. - 236. - С. 158-166.
- Егер В., Олейник О. А., Шамаев А. С. О задаче усреднения для уравнения Лапласа в частично перфорированной области// Докл. РАН. - 1993. - 333, № 4. - С. 424-427.
- Жиков В. В. Об усреднении нелинейных вариационных задач в перфорированных областях// Докл. РАН. - 1995. - 345, № 2. - С. 156-160.
- Жиков В. В. Об одном расширении и применении метода двухмасштабной сходимости// Мат. сб. - 2000. - 191, № 7. - С. 31-72.
- Жиков В. В. О спектральном методе в теории усреднения// Тр. МИАН. - 2005. - 250.- С. 95-104.
- Жиков В. В. Об операторных оценках в теории усреднения// Докл. РАН. - 2005. - 403, № 3. - С. 305-308.
- Жиков В. В., Козлов С. М., Олейник О. А. Усреднение дифференциальных операторов. - М.: Физматлит, 1993.
- Жиков В. В., Рычаго М. Е. Усреднение нелинейных эллиптических уравнений второго порядка в перфорированных областях// Изв. РАН. Сер. Мат. - 1997. - 61, № 1. - С. 70-88.
- Ильин А. М. Краевая задача для эллиптического уравнения второго порядка в области с узкой щелью. I. Двумерный случай// Мат. сб. - 1976. - 99, № 4. - С. 514-537.
- Ильин А. М. Краевая задача для эллиптического уравнения второго порядка в области с узкой щелью. II. Область с малым отверстием// Мат. сб. - 1977. - 103(145), № 2. - С. 265-284.
- Ильин А. М. Согласование асимптотических разложений решений краевых задач. - М.: Наука, 1989.
- Като Т. Теория возмущений линейных операторов. - М.: Мир, 1972.
- Козлов С. М., Пятницкий А. Л. Усреднение на фоне исчезающей вязкости// Мат. сб. - 1990. - 181, № 6. - С. 813-832.
- Коул Дж. Методы возмущений в прикладной математике. - М.: Мир, 1979.
- Ладыженская О. А., Уральцева Н. Н. Линейные и квазилинейные уравнения эллиптического типа. - М.: Наука, 1973.
- Мазья В. Г., Назаров С. А., Пламеневский Б. А. Асимптотика решений эллиптических краевых задач при сингулярных возмущениях области. - Тбилиси: Изд-во Тбилисского ун-та, 1981.
- Мазья В. Г., Назаров С. А., Пламеневский Б. А. Асимптотические разложения собственных чисел краевых задач в областях с малыми отверстиями// Изв. АН СССР. Сер. Мат. - 1984. - 48,№ 2. - С. 347- 371.
- Марченко В. А., Хруслов Е. Я. Краевые задачи в областях с мелкозернистой границей. - Киев: Наукова думка, 1974.
- Мельник Т. А., Назаров С. А. Асимптотика решения спектральной задачи Неймана в области типа «густого гребня»// Тр. сем. им. И. Г. Петровского. - 1996. - 19. - С. 138-174.
- Михайлов В. П. Дифференциальные уравнения в частных производных. - М.: Наука, 1976.
- Мовчан А. Б., Назаров С. А. Влияние малых неровностей поверхности на напряженное состояние тела и энергетический баланс при росте трещины// Прикл. мат. мех. - 1991. - 55, № 5. - С. 819-828.
- Найфе А. Х. Методы возмущений. - М.: Мир, 1986.
- Назаров С. А., Пламеневский Б. А. Эллиптические задачи в областях с кусочно-гладкой границей. - М.: Наука, 1991.
- Олейник О. А., Иосифьян Г. А., Шамаев А. С. Математические задачи теории сильно неоднородных упругих сред. - М.: Изд-во МГУ, 1990.
- Олейник О. А., Чечкин Г. А. О краевых задачах для эллиптических уравнений с быстро меняющимся типом граничных условий// Усп. мат. наук. - 1993. - 48, № 6(294). - С. 163-165.
- Олейник О. А., Чечкин Г. А. Об одной задаче граничного усреднения для системы теории упругости// Усп. мат. наук. - 1994. - 49, № 4. - С. 114.
- Олейник О. А., Шамаев А. С. Об усреднении решений краевой задачи для уравнения Лапласа в частично перфорированной области с условиями Дирихле на границе полостей// Докл. РАН. - 1994. - 337, № 2. - С. 168-171.
- Пастухова С. Е. О характере распределения поля температур в перфорированном теле с заданным его значением на внешней границе в условиях теплообмена на границе полостей по закону Ньютона// Мат. сб. - 1996. - 187, № 6. - С. 85-96.
- Перес М. Е., Чечкин Г. А., Яблокова Е. И. О cобственных колебаниях тела с «легкими» концентрированными массами на поверхности// Усп. мат. наук. - 2002. - 57, № 6. - С. 195-196.
- Планида М. Ю. О сходимости решений сингулярно возмущенных краевых задач для Лапласиана// Мат. заметки. - 2002. - 71, № 6. - С. 867-877.
- Санчес-Паленсия Э. Неоднородные среды и теория колебаний. - М.: Мир, 1984.
- Скрыпник И. В. Методы исследования нелинейных эллиптических граничных задач. - М.: Наука, 1990.
- Скрыпник И. В. Асимптотика решений нелинейных эллиптических краевых задач в перфорированных областях// Мат. сб. - 1993. - 184, № 10. - С. 67-90.
- Чечкин Г. А. О краевых задачах для эллиптического уравнения второго порядка с осциллирующими граничными условиями// В сб.: «Неклассические дифференциальные уравнения в частных производных». - Новосибирск: ИМ СОАН СССР, 1988. - С. 95-104.
- Чечкин Г. А. Усреднение краевых задач с сингулярным возмущением граничных условий// Мат. сб. - 1993. - 184, № 6. - С. 99-150.
- Чечкин Г. А. Полное асимптотическое разложение решения краевой задачи с быстро меняющимися граничными условиями в слое// Усп. мат. наук. - 1993. - 48, № 4. - С. 218-219.
- Чечкин Г. А. Асимптотическое разложение решения краевой задачи с быстро меняющимся типом граничных условий// Тр. сем. им. И. Г. Петровского. - 1996. - 19. - С. 323-337.
- Шапошникова Т. А. Усреднение краевой задачи для бигармонического уравнения в области, содержащей тонкие каналы малой длины// Мат. сб. - 2001. - 192, № 10. - С. 131-160.
- Шарапов Т. Ф. О резольвенте многомерных операторов с частой сменой краевых условий в случае усредненного условия Дирихле// Мат. сб. - 2014. - 205, № 10. - С. 125-160.
- Шарапов Т. Ф. О резольвенте многомерных операторов с частой сменой краевых условий: критический случай// Уфимск. мат. ж. - 2016. - 8, № 2. - С. 66-96.
- Barenbaltt G. I., Bell J. B., Crutchfiled W. Y. The thermal explosion revisited// Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1998. - 95, № 23. - С. 13384-13386.
- Bensoussan A., Lions J. L., Papanicolau G. Asymptotic analysis for periodic structures. - Amsterdam- New-York-Oxford: North Holland, 1978.
- Borisov D. I. The asymptotics for the eigenelements of the Laplacian in a cylinder with frequently alternating boundary conditions// C. R. Acad. Sci. Paris. Se´r. IIb.- 2001.- 329, № 10. - С. 717-721.
- Borisov D. I. On a model boundary value problem for Laplacian with frequently alternating type of boundary condition// Asymptot. Anal. - 2003. - 35, № 1. - С. 1-26.
- Borisov D., Bunoiu R., Cardone G. On a waveguide with frequently alternating boundary conditions: homogenized Neumann condition// Ann. Henri Poincare´. - 2010. - 11, № 8. - С. 1591-1627.
- Borisov D., Bunoiu R., Cardone G. Homogenization and asymptotics for a waveguide with an infinite number of closely located small windows// J. Math. Sci. (N.Y.). - 2011. - 176, № 6. - С. 774-785.
- Borisov D., Bunoiu R., Cardone G. Waveguide with non-periodically alternating Dirichlet and Robin conditions: homogenization and asymptotics// Z. Angew. Math. Phys. - 2013. - 64, № 3. - С. 439-472.
- Borisov D., Cardone G. Homogenization of the planar waveguide with frequently alternating boundary conditions// J. Phys. A: Math. Gen. - 2009. - 42, № 36. - 365205.
- Borisov D., Cardone G., Durante T. Homogenization and uniform resolvent convergence for elliptic operators in a strip perforated along a curve// Proc. Roy. Soc. Edinburgh Sect. A. - 2016. - 146, № 6. - С. 1115-1158.
- Borisov D., Cardone G., Faella L., Perugia C. Uniform resolvent convergence for a strip with fast oscillating boundary// J. Differ. Equ. - 2013. - 255, № 12. - С. 4378-4402.
- Brillard A., Lobo M., Pe´ rez M. E. Homoge´ne´isation de frontie`res par line´aire// Mode´l. Math. Anal. Nume´r.- 1990.- 24, № 1. - С. 5-26. e´pi-convergence en e´lasticite´
- Chechkin G. A., Doronina E. I. On asymptotics of spetrum of boundary value problem with nonperiodic rapidly alternating boundary conditions// Funct. Differ. Equ. - 2001. - 8, № 1-2. - С. 111-122.
- Damlamian A. Le proble`me de la passoire de Neumann// Rend. Semin. Mat. Univ. Politec. Torino. - 1985. - 43. - С. 427-450.
- Damlamian A., Li T. (Li D.) Boundary homogenization for ellpitic problems// J. Math. Pures Appl. - 1987. - 66, № 4. - С. 351-361.
- Damlamian A., Li T. (Li D.) Homoge´ne´isation sur le bord pour les proble`mes elliptiques// C. R. Acad. Sci. Paris. Se´r. I. Math. - 1984. - 299, № 17. - С. 859-862.
- Da´ vila J. A nonlinear elliptic equation with rapidly oscillating boundary conditions// Asymptot. Anal. - 2001. - 28, № 3-4. - С. 279-307.
- Filo J. A note on asymptotic expansion for a periodic boundary condition// Arch. Math. (Brno). - 1998. - 34, № 1. - С. 83-92.
- Filo J., Luckhaus S. Asymptotic expansion for a periodic boundary condition// J. Differ. Equ. - 1995. - 120, № 1. - С. 133-173.
- Filo J., Luckhaus S. Homogenization of a boundary condition for the heat equation// J. Eur. Math. Soc. - 2000. - 2, № 3. - С. 217-258.
- Friedman A., Huang Ch., Yong J. Effective permeability of the boundary of a domain// Commun. Part. Differ. Equ. - 1995. - 20, № 1-2. - С. 59-102.
- Gadyl’shin R. R. Asymptotics of minimum eigenvalue for a circle with fast oscillating boundary conditions// C. R. Acad. Sci. Paris. Se´r. I. Math. - 1996. - 323, № 3. - С. 319-323.
- Gadyl’shin R. R. On an analog of the Helmholtz resonator in the averaging theory// C. R. Acad. Sci. Paris. Se´r. I. Math. - 1999. - 329, № 12. - С. 1121-1126.
- Gadyl’shin R. R. Eigenvalues and scattering frequencies for domain with narrow appendixes and tubes// C. R. Acad. Sci. Paris. Ser. IIb. - 2001. - 329, № 10. - С. 723-726.
- Griso G. Error estimate and unfolding for periodic homogenization// Asymptot. Anal. - 2004. - 40, № 34. - С. 269-286.
- Griso G. Interior error estimate for periodic homogenization// Anal. Appl. - 2006. - 4, № 1. - С. 61-79.
- Ja¨ ger W., Oleinik O. A., Shamaev A. S. Asymptotics of solutions of the boundary value problem for the Laplace equation in a partially perforated domain with boundary conditions of the third kind on the boundaries of the cavities// Trans. Moscow Math. Soc. - 1997. - С. 163-196.
- Kratzer A., Franz W. Transzendte funcktionen. - Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft, 1960.
- Kenig C. E., Lin F., Shen Z. Convergence rates in L2 for elliptic homogenization problems// Arch. Ration. Mech. Anal. - 2012. - 203, № 3. - С. 1009-1036.
- Lobo M., Pe´ rez M. E. Asymptotic behaviour of an elastic body with a surface having small stuck regions// RAIRO Model. Math. Anal. Numer. - 1988. - 22, № 4. - С. 609-624.
- Lobo M., Pe´ rez M. E. Boundary homogenization of certain elliptic problems for cylindrical bodies// Bull. Sci. Math. - 1992. - 116, Ser. 2. - С. 399-426.
- Lobo M., Pe´ rez M. E. On vibrations of a body with many concentrated masses near the boundary// Math. Models Methods Appl. Sci. - 1993. - 3, № 2. - С. 249-273.
- Lobo M., Pe´ rez M. E. Vibrations of a membrane with many concentrated masses near the boundary// Math. Models Methods Appl. Sci. - 1995. - 5, № 5. - С. 565-585.
- Oleinik O. A., Chechkin G. A. Solutions and eigenvalues of the boundary value problems with rapidly alternating boundary conditions for the system of elasticity// Atti Accad. Naz. Lincei Cl. Sci. Fis. Mat. Natur. Rend. Lincei (9) Mat. Appl. - 1996. - 7, № 1. - С. 5-15.
- Ovseevich A. I., Pyatnitskii A. I., Shamaev A. S. Asymptotic behavior of solutions to a boundary value problem with small parameter// Russ. J. Math. Phys. - 1996. - 4, № 4. - С. 487-498.
- Rybalko V. Vibrations of elastic system with a large number of tiny heavy inclusions// Asymptot. Anal. - 2002. - 32, № 1. - С. 27-62.
- 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.
Дополнительные файлы
