Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
Дата:2008
Автор: Маркашева, В.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2008
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20017
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 / В.А. Маркашева // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 17. — С. 128-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20017
record_format dspace
spelling Маркашева, В.А.
2011-05-20T07:45:00Z
2011-05-20T07:45:00Z
2008
Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 / В.А. Маркашева // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 17. — С. 128-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
1683-4720
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20017
517.946
ru
Інститут прикладної математики і механіки НАН України
Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
spellingShingle Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
Маркашева, В.А.
title_short Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_full Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_fullStr Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_full_unstemmed Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2
title_sort локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа баоуенди-грушина. часть 2
author Маркашева, В.А.
author_facet Маркашева, В.А.
publishDate 2008
language Russian
container_title Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
format Article
issn 1683-4720
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20017
citation_txt Локальная гёльдеровость решений квазилинейных параболических уравнений с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Часть 2 / В.А. Маркашева // Труды Института прикладной математики и механики НАН Украины. — Донецьк: ІПММ НАН України, 2008. — Т. 17. — С. 128-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT markaševava lokalʹnaâgelʹderovostʹrešeniikvazilineinyhparaboličeskihuravneniisnelineinymoperatoromtipabaouendigrušinačastʹ2
first_indexed 2025-11-24T21:54:15Z
last_indexed 2025-11-24T21:54:15Z
_version_ 1850499222710779904
fulltext ISSN 1683-4720 Труды ИПММ НАН Украины. 2008. Том 17 УДК 517.946 c©2008. В.А. Маркашева ЛОКАЛЬНАЯ ГЁЛЬДЕРОВОСТЬ РЕШЕНИЙ КВАЗИЛИНЕЙНЫХ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ С НЕЛИНЕЙНЫМ ОПЕРАТОРОМ ТИПА БАОУЕНДИ-ГРУШИНА. ЧАСТЬ 2 В работе изучается свойство регулярности решений вырождающегося параболического уравнения с нелинейным оператором типа Баоуенди-Грушина. Установлено свойство локальной гёльдеровости решений. Введение. Исследуется решение задачи Коши для квазилинейного вырождаю- щегося параболического уравнения следующего вида ∂u ∂t = Lλ,α[u] = divL(|DLu|λ−1DLu), (x, y, t) ∈ ST = RN+M × (0, T ). (1.1) Здесь λ > 1, а x = (x1, .., xN ), y = (y1, .., yM ), N ≥ 1,M ≥ 1 – произвольные точки евклидовых пространств RN и RM , соответственно. z = (x, y) = (x1, .., xN , y1, .., yM ), z ∈ RN+M . Символом DLu обозначим вектор DLu = ( ∂u ∂x1 , ∂u ∂x2 , .., ∂u ∂xN , |x|α ∂u ∂y1 , |x|α ∂u ∂y2 , .., |x|α ∂u ∂yM ) . (1.2) Далее, |DLu| = √√√√ N∑ i=1 ( ∂u ∂xi )2 + |x|2α M∑ j=1 ( ∂u ∂yj )2, divL ~F (x, y) = N∑ i=1 ∂Fi ∂xi + |x|α M∑ j=1 ∂Fj+N ∂yj . Если α = 0, то при условии λ > 1 ([7]) уравнение (1.1) описывает процесс с медленной диффузией. Операторы типа L1,α = ∆x + |x|2α∆y, где символ ∆ означает оператор Лапласа, впервые исследовались в работах [1] и [6]. В работах [3] и [4] изучались качественные свойства решения уравнения Lλ,α[u] = f , т.е. эллиптического аналога (1.1) (см. также [5] и имеющуюся там литературу). Цель данной работы – доказать локальную гёльдеровость решений уравнения (1.1). Прежде, чем перейти к формулировкам основных результатов работы, введем необходимые понятия. Однородное расстояние для пространственных переменных d(z, 0) = d((x, y), (0, 0)) = (|x|2(α+1) + (α + 1)2|y|2)1/2(α+1) . В качестве шаров исполь- зуем Bρ(z′) = {z ∈ RN+M : d(z − z′, 0) ≤ ρ}. Q = N + (α + 1)M – однородная размерность в пространствах Карно-Каратеодори (см. [6]). Bρ является естествен- ным расширением понятия шара в пространствах Карно-Каратеодори. 128 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 Пусть t > 0, R > 0 – произвольные фиксированные числа. Определение. Слабым решением уравнения (1.1) будем называть неотрицатель- ную измеримую на ST = RN+M × (0, T ) функцию u(x, y, t) ∈ Vλ+1,loc(ST ) ≡ Lλ+1(t, T ; L1,λ+1,loc(RM+N )) ∩ C(t, T ; L2,loc(RM+N )), при каждом t > 0 удовлетворяющую интегральному тождеству : ∫ BR u(z, τ)η(z, τ)dz|t2t1 + ∫ t2 t1 ∫ BR {−uητ + (|DLu|λ−1DLu)DLη}dzdτ = 0, (1.3) для всех η(x, y, t) ∈ C(t, T ; L1,λ+1(BR)) ∩ L2(BR × (t, T )) и для всех t1, t2 : 0 < t ≤ t1 ≤ t2 ≤ T. Основным результатом статьи является теорема вложения: Теорема 5.3. Пусть u ∈ Vλ+1,loc(ST ) ∩ L∞,loc(ST ) – слабое решение уравнения (1.1). Тогда u(z, t) – локально гёльдерово на ST и для любого компакта K ⊂ ST су- ществует постоянные ᾱ ∈ (0, 1) и C(ᾱ), зависящие только от параметров задачи и diamK, такие что |u(z1, t1)− u(z2, t2)| ≤ C(ᾱ)(dᾱ(z1, z2) + |t1 − t2| ᾱ λ+1 ). (1.4) Содержание теоремы 5.3 является естественным обобщением результатов работы [2], где изучался случай α = 0. Доказательство теоремы 5.3 приводится подходом работы [2], где существенно используются также идеи работы [5]. Статья разделена на 2 части. В первую часть входят разделы 1 и 2. Во вто- рую часть входят разделы 3, 4 и 5. Структура статьи такова: в первом разделе описывается класс функций Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), для λ > 1, и доказывается, что ес- ли слабое решение уравнения (1.1) из L∞,loc(ST ), то принадлежит классу функ- ций Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), второй раздел содержит предварительные пояснения и обо- значения, а также вспомогательные утверждения, на основании которых строит- ся доказательство альтернатив и основного результата, разделы 3 и 4 доказыва- ют соответственно первую и вторую альтернативы, а в пятом разделе приводит- ся доказательство теоремы 5.3 при помощи альтернатив. Доказательства третьего, четвертого и пятого разделов используют лишь принадлежность функции классу Bλ+1,loc(ST , M̄ , C). На протяжении всей работы символами C, Ci.j будем обозначать различные по- ложительные константы, зависящие лишь от параметров λ,N,M, ᾱ, α. Индексы i, j означают, что эта константа впервые появляется в выражении (i.j). Нумерация сквозная. Продолжим доказательство теоремы 5.3. 3. Первая альтернатива. Лемма 3.1.Существует α0 ∈ (0, 1), не зависящее от w, R, s∗, такое , что если для некоторого t̄ : t̄ ≤ t0, t̄−θ0R λ+1 ≥ t0−θ∗Rλ+1, найдется цилиндр Ss0 R (z0, t̄) = Ss0 R , 129 В.А. Маркашева для которого справедлива оценка ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ , (3.1) то либо w < 2s0Rε для некоторого произвольного ε : 0 < ε < (λ + 1)/(λ− 1), либо u(z, t) > µ− + w/2s0+1 (3.2) для всех (z, t) ∈ Ss0 R/2. Доказательство леммы. Если первое утверждение неверно и w ≥ 2s0Rε, тогда цилиндр Ss0 R компактно вложен в цилиндр Sε R = BR × (t0 − Rλ+1−ε(λ−1), t0). По- скольку u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), то удовлетворяет первым двум условиям леммы 2.7. Положив s = s0, θ = θ0, ρ = R, t = t̄, рассмотрим условие (2.7) t̄∫ t̄−θρλ+1 mes {z : (u− µ± ∓ w 2s )± > 0, z ∈ Bρ}dτ = ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ ≤ C −Q+λ+1 λ+1 2.9 4− (Q+λ+1)2 λ+1 ρQ+λ+1 = C −Q+λ+1 λ+1 2.9 4− (Q+λ+1)2 λ+1 ∣∣Ss0 R ∣∣ . Очевидно, что условие (2.7) справедливо при любом α0 ≤ C −Q+λ+1 λ+1 2.9 4− (Q+λ+1)2 λ+1 . Применив лемму 2.7, получим утверждение u(z, t) > µ− + w/2s0+1 для всех (z, t) ∈ Ss0 R/2. Что и требовалось доказать.¤ Замечание 3.1. В данной лемме значение t̄ не определено. Единственное ограни- чение уже описано в предыдущем разделе: t̄ ≤ t0, t̄−θ0R λ+1 ≥ t0−θ∗Rλ+1. Выберем s1 : t̄− θ0(R/2)λ+1 = t0 − θ1(R/2)λ+1. Очевидно, что s0 ≤ s1 ≤ s∗. Лемма 3.2. Если H− = ||(u− [µ− + w 2s0+1 ])−||∞,S s1 R/2 ≥ w 2s0+2 (3.3) и выполняются условия леммы 3.1, тогда для любого α0 ∈ (0, 1), удовлетворяюще- го (2.1), найдется m = m(α0), не зависящее от w и R, такое что либо w < 2s1Rε, либо mes { z ∈ BR/4 : u(z, t) < µ− + w 2s0+m } < α0|BR/4| (3.4) сразу для всех t ∈ [t0 − θ1(R/2)λ+1, t0]. 130 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 Доказательство леммы 3.2. Поскольку u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), то неравенство (1.6) справедливо на цилиндре Ss1 R/2(z0, t0). В качестве срезающей функции выберем ξ(z), которая равна 1 на шаре BR/4, нулю вне шара BR/2, и |DLξ| ≤ 4/R. Положим ν = w/2s0+m, k = µ− + w/2s0+1. Тогда (1.6) примет вид ess sup t0−θs1 (R/2)λ+1≤τ≤t0 ∫ BR/2 ψ2(H−, (u− [µ− + w 2s0+1 ])−(τ), w 2s0+m )ξλ+1(z)dz ≤ ≤ ∫ BR/2 ψ2((u− k)−)(t0 − θs1(R/2)λ+1)dz + C1.6 ∫ ∫ S s1 R/2 ψ|ψ|1−λ|DLξ|λ+1dzdτ. (3.5) Заметим, что (u−k)− = −min([u−µ−]−w/2s0+1, 0) ≤ −min(−w/2s0+1, 0) = w/2s0+1. Тогда H− ≤ w/2s0+1 и ψ = ln+ ( H− H− − (u− [µ− + w 2s0+1 ])− + w 2s0+m ) ≤ ln+ ( H− w 2s0+m ) ≤ ≤ ln(2m−1) = (m− 1) ln 2. |ψu|1−λ = ∣∣∣∣∣ 1 H− − (u− k)− + w 2s0+m ∣∣∣∣∣ 1−λ = |H− − (u− k)− + w 2s0+m |λ−1 ≤ ≤ ∣∣∣ w 2s0+1 + w 2s0+1 ∣∣∣ λ−1 = ( w 2s0 )λ−1 = θ0. Поскольку справедлива лемма 3.1, то u > µ− + w/2s0+1 при t = t̄ − θ0(R/2)λ+1. Выберем s1 : t̄ − θ0(R/2)λ+1 = t0 − θ1(R/2)λ+1. Очевидно, что s0 ≤ s1 ≤ s∗. Тогда (u − k)−(t0 − θ1(R/2)λ+1) = 0, откуда ψ ( (u− k)−(t0 − θ1(R/2)λ+1) ) = 0. Оценим правую часть неравенства (3.5) сверху. ∫ BR/2 ψ2((u− k)−)(t0 − θ1(R/2)λ+1)dz + C1.6 ∫ ∫ S s1 R/2 ψ|ψ|1−λ|DLξ|λ+1dzdτ ≤ ≤ C1.6θ0(m− 1) ln 2 (R/4)λ+1 |Ss1 R/2|. Заметим, что ψ2 = (ln+ ( H− H− − (u− [µ− + w 2s0+1 ])− + w 2s0+m ) )2 ≥ ≥ (ln+ ( w 2s0+2 w 2s0+m−1 ) )2 = (m− 3)2 ln2 2. ess sup t0−θs1 (R/2)λ+1≤τ≤t0 ∫ BR/2 ψ2(H−, (u− [µ− + w 2s0+1 ])−(τ), w 2s0+m )ξλ+1(z)dz ≥ 131 В.А. Маркашева ≥ (m− 3)2 ln2 2 mes { z ∈ BR/4 : (u(z, t)− [µ− + w 2s0+m ])− > 0 } . Имеем для всех t ∈ [t0 − θs1(R/2)λ+1, t0] и m = max([C1.62s1/α0] + 1; s1 − s0 + 1) mes { z ∈ BR/4 : u(z, t) < µ− + w 2s0+m } ≤ C1.6 (m− 1)4λ+1 (m− 3)2Rλ+1 θ0|Ss1 R/4| ≤ α0|BR/4|. Лемма доказана. ¤ Замечание 3.2. Выбор m не зависит от w, R, s∗. Дополнительное свойство m : m + s0 > s1 будет использовано при доказательстве следующей леммы 3.3. Лемма 3.3. Если выполняются условия леммы 3.1 и леммы 3.2, то либо w < 2s1Rε, либо u(z, t) > µ− + w 2s0+m+1 (3.6) для всех (z, t) ∈ Ss1 R/8(z0, t0). Доказательство леммы 3.3. Выберем ρn = R/8 + R/2n+3, ρ̄n = (ρn + ρn+1)/2, kn = µ− + w/2s0+m+1 + w/2s0+m+1+n, n = 0, 1, 2, .. Обозначим Sn = Ss1 ρn , S̄n = Ss1 ρ̄n . Выберем срезающую функцию ξ(z), которая равна 1 на S̄n, нулю вне Sn, и |DLξ| ≤ 2n+1/ρn. Поскольку u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C), то неравенство (1.5) справедливо на каждом цилиндре Sn : ess sup t0−θ1(R/8)λ+1≤τ≤t0 ||(u− kn)−||2L2(Bρ̄n) + ||DL(u− kn)−||λ+1 Lλ+1(S̄n) ≤ ≤ ||(u− kn)−||2L2(Bρ̄n )(t0 − θ1(R/8)λ+1)+ +C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n ∫ ∫ Sn [(u− kn)−]λ+1dzdτ. (3.7) Заметим, что поскольку s1 : t̄−θ0(R/2)λ+1 = t0−θ1(R/2)λ+1, то τ = t0−θ1(R/8)λ+1 : τ ∈ (t̄ − θ0(R/2)λ+1, t̄) и по лемме 3.1 (u − kn)−(t0 − θ1(R/8)λ+1) = 0 для всех z ∈ BR/2(z0). Также заметим, что в силу выбора kn ( 2s1 w )λ−1 ess sup ∫ Bρ̄n [(u− kn)−]λ+1dz ≤ ≤ ( 2s0+m w )λ−1 ess sup ∫ Bρ̄n [(u− kn)−]λ+1dz ≤ ess sup ∫ Bρ̄n [(u− kn)−]2dz. Сделав в неравенстве (3.7) замену переменной τ = t0 + θ1ź, получим оценку на цилиндрах Sn = Bρn × (−(R/8)λ+1, 0), S̄n = Bρ̄n × (−(R/8)λ+1, 0) : θ1ess sup ∫ Bρ̄n [(v − kn)−]λ+1dz + θ1||DL(v − kn)−||λ+1 Lλ+1(S̄n) ≤ C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n θ1|A−n |. 132 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(S̄n) ≤ C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n ( w 2s1 )λ+1 |A−n |. (3.8) Введем кусочно-гладкую срезающую функцию ϕn(z), которая равна 1 на Bρn+1 , 0 вне Bρ̄n , |DLϕn| ≤ 2n+1/ρn. Тогда (v−kn)−ϕn ∈ V0 λ+1(S̄n). Следствие 2.5 и неравен- ство (3.8) дают ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(Sn+1) ≤ ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(S̄n) ≤ ≤ C2.5|A−n | λ+1 Q+λ+1 ||(v − kn)−ϕn||λ+1 V0 λ+1(S̄n) ≤ ≤ C2.5|A−n | λ+1 Q+λ+1 { ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(S̄n) + 2(n+2)(λ+1) ρn λ+1 ||(v − kn)−||λ+1 Lλ+1(Sn) } ≤ ≤ C2.5C1.5 2n(λ+1) ρλ+1 n ( w 2s1 )λ+1 |A−n |1+ λ+1 Q+λ+1 . Так как ||(v − kn)−||λ+1 Vλ+1(Sn+1) ≥ ≥ |kn − kn+1|λ+1|A−n+1| ≥ (w/2s0+m)λ+1/2(λ+1)(n+1)|A−n+1|, имеем |A−n+1| ≤ C2.5C1.52λ+1 4n(λ+1) ρλ+1 n |A−n |1+ λ+1 Q+λ+1 = C3.9 4n(λ+1) ρλ+1 n |A−n |1+ λ+1 Q+λ+1 . (3.9) Введем новое обозначение Yn = |A−n |/|Sn|. Тогда Yn+1 ≤ C3.94n(λ+1)Y 1+ λ+1 Q+λ+1 n . Заметим, что Y0 = ∣∣(z, t) : u > µ− + w 2s0+m , z ∈ BR/4, t ∈ [t0 − θ1(R/8)λ=1, t0] ∣∣ |BR/4 × [t0 − θ1(R/8)λ=1, t0]| ≤ α0 в следствие леммы 3.2. Применим лемму 2.6. Доказательство завершено. ¤ Утверждение 3.4. Для некоторого, фиксированного в лемме 3.1, α0 ∈ (0, 1) найдутся целые положительные s1 и m, такие что, если существует цилиндр Ss0 R (z0, t̄) : ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ , тогда либо w < 2s1Rε, либо ess osc S s1 R/8 (z0,t0) u < w ( 1− 1 2s0+m+1 ) . (3.10) 133 В.А. Маркашева Доказательство. Если выполняется условие (3.1) и H− = ||(u− [µ− + w 2s0+1 ])−||∞,S s1 R/2 ≥ w 2s0+2 , то справедливы леммы 3.1, 3.2, 3.3, откуда u(z, t) > µ− + w 2s0+m+1 для всех (z, t) ∈ Ss1 R/8(z0, t0). Следовательно, ess inf S s1 R/8 (z0,t0) u(z, t) ≥ µ− + w 2s0+m+1 . Тогда ess osc S s1 R/8 u(z, t) = ess sup S s1 R/8 u(z, t)− ess inf S s1 R/8 u(z, t) ≤ ≤ µ+ − µ− − w 2s0+m+1 = w ( 1− 1 2s0+m+1 ) . Если же H− = ||(u− [µ− + w 2s0+1 ])−||∞,S s1 R/2 < w 2s0+2 , то ess inf S s1 R/8 u(z, t) ≥ µ− + w 2s0+1 − w 2s0+2 = µ− + w 2s0+2 ≥ µ− + w 2s0+m+1 . Утверждение доказано.¤ Замечание 3.3. Число s1 зависит от t0 и s1 ≤ s∗, m зависит только от выбора α0. 4. Вторая альтернатива. Первая альтернатива имеет смысл, если для неко- торого, фиксированного в лемме 3.1, числа α0 ∈ (0, 1) существует хотя бы один цилиндр Ss0 R (z0, t̄), такой что ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ . (4.1) Во второй альтернативе будем предполагать, что для подобного α0 не существует ни одного цилиндра, для которого справедливо (4.1). Тогда для всех t̄ < t0 < T и цилиндров Ss0 R (z0, t̄) выполняется ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ > α0 ∣∣Ss0 R ∣∣ . Используя верное неравенство µ+ − w/2s0 ≥ µ− + w/2s0 , имеем ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R : u(z, t) < µ− + w 2s0 ∣∣∣ ≤ (1− α0) ∣∣Ss0 R ∣∣ , (4.2) 134 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 для всех Ss0 R (z0, t̄), где t̄ : t̄− θ0R λ+1 ≥ t0 − θ∗Rλ+1, t̄ ≤ t0. Лемма 4.1. Пусть справедливо (4.2). Тогда существует t∗ ∈ [t̄ − θ0R λ+1, t̄ − (α0/2)θ0R λ+1], такое что ∣∣∣z ∈ BR : u(z, t∗) > µ+ − w 2s0 ∣∣∣ ≤ ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|. Доказательство. От противного. Допустим, что не существует такого t∗, тогда для почти всех t ∈ [t̄− θ0R λ+1, t̄− (α0/2)θ0R λ+1] справедливо ∣∣∣z ∈ BR : u(z, t) > µ+ − w 2s0 ∣∣∣ > ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|. Проинтегрировав неравенство по t на множестве [t̄ − θ0R λ+1, t̄ − (α0/2)θ0R λ+1], получаем ∣∣∣(z, t) ∈ Ss0 R (t̄) : u(z, t) > µ+ − w 2s0 ∣∣∣ > > t̄−(α0/2)θ0Rλ+1∫ t̄−θ0Rλ+1 { z ∈ BR : u(z, t) > µ+ − w 2s0 } dt > (1− α0)|Ss0 R |, что противоречит (4.2).¤ Лемма 4.2. Предположим, что H+ = ||(u− [µ+ − w 2s0+1 ])+||∞,S s0 R > w 2s0+2 . Тогда существует целое положительное l, определенное в (2.1), не зависящее от w и R, такое что либо w ≤ 2s0+lRε, либо ∣∣∣z ∈ BR : u(z, t) > µ+ − w 2s0+l ∣∣∣ ≤ ( 1− (α0 2 )2 ) |BR| для всех t ∈ [t̄− (α0/2)θ0R λ+1, t̄]. Доказательство. Используем неравенство (1.6). Обозначим S∗R = BR × [t∗, t], S∗R−σR = BR−σR × [t∗, t], t ∈ [t̄ − (α0/2)θ0R λ+1, t̄]. Положим k = µ+ − w/2s0 , ν = w/2s0+l. В качестве срезающей функции выберем ξ(z), которая равна 1 на шаре BR−σR, нулю вне шара BR, и |DLξ| ≤ 1/(σR). Тогда (1.6) примет вид ∫ BR−σR ψ2(H+, (u− [µ+ − w 2s0 ])+(τ), w 2s0+l )ξλ+1(z)dz ≤ ≤ ∫ BR ψ2((u− k)+)(t∗)dz + C1.6 ∫ ∫ S∗R ψ|ψ|1−λ|DLξ|λ+1dzdτ. 135 В.А. Маркашева Заметим, что (u − k)+ = max([u − µ+] + w/2s0 , 0) ≤ max(w/2s0 , 0) = w/2s0 . Тогда H+ ≤ w/2s0 и ψ = ln+ ( H+ H+ − (u− [µ+ − w 2s0 ])+ + w 2s0+l ) ≤ ln+ ( H+ w 2s0+l ) ≤ ln(2l) = l ln 2. |ψu|1−λ = ∣∣∣∣∣ 1 H+ − (u− k)+ + w 2s0+l ∣∣∣∣∣ 1−λ = |H+ − (u− k)+ + w 2s0+l |λ−1 ≤ ≤ ∣∣∣ w 2s0 + w 2s0 ∣∣∣ λ−1 = 2λ−1 ( w 2s0 )λ−1 = θ02λ−1. Поскольку справедлива лемма 4.1, то оценим первый интеграл справа ∫ BR ψ2((u− k)+)(t∗)dz ≤ ∫ {z∈BR:u>µ+− w 2s0 } ln2 ( H+ ν ) dz ≤ ≤ ln2 ( w 2s0 w 2s0+l ) |{z ∈ BR : u > µ +− w 2s0 }| ≤ l2ln22 ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|. Получим оценку ∫ BR−σR ψ2((u− k)+)(t)dz ≤ l2ln22 ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|+ C1.6θ0l2λ−1 ln 2(t− t∗) (σR)λ+1 |BR|. Учтем, что t̄− t∗ ≤ θ0R λ+1. Имеем ∫ BR−σR ψ2((u− k)+)(t)dz ≤ l2ln22 ( 1− α0 1− α0 2 ) |BR|+ C1.6l2λ−1 ln 2 σλ+1 |BR|. Оценим левую часть неравенства ∫ BR−σR ψ2((u− k)+)(t)dz ≥ ∫ {z∈BR−σR:u>µ+− w 2s0+l } ln2 ( H+ ν ) dz ≥ ≥ ln2 ( w 2s0+2 w 2s0+l ) |{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }| ≥ ≥ (l − 2)2ln22|{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }|. Имеем |{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }| ≤ 136 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 ≤ 1 (l − 2)2ln22 ( l2ln22 ( (1− α0) (1− α0 2 ) ) |BR|+ C1.6l2λ−1 ln 2 σλ+1 |BR| ) . Тогда |{z ∈ BR : u > µ +− w 2s0+l }| ≤ ≤ |{z ∈ BR−σR : u > µ +− w 2s0+l }|+ |BR −BR−σR| ≤ ≤ ( l2 (l − 2)2 1− α0 1− α0 2 + C1.6l2λ−1 σλ+1(l − 1)2 ln 2 + Qσ ) |BR| для всех t ∈ [t∗, t̄]. По условию (2.1) l выбрана таким образом, что (l/(l − 2))2 < (1− α0/2)(1 + α0). Выберем σ достаточно малым, чтобы C1.6l2λ−1 σλ+1(l − 2)2 ln 2 ≤ 3 8 α2 0, Qσ ≤ 3 8 α2 0. Тогда |{z ∈ BR : u > µ +− w 2s0+l }| ≤ (1− α2 0 + 3 8 α2 0 + 3 8 α2 0)|BR| = (1− (α0/2)2)|BR| для каждого t ∈ [t̄− (α0/2)θ0R λ+1, t̄], поскольку t∗ ≤ t̄− (α0/2)θ0R λ+1. Что и требо- валось доказать. ¤ Замечание 4.1. Условие (4.2) выполняется для всех t̄ ≤ t0 : t0 ≥ t̄ ≥ t0 − (θ∗ − θ0)Rλ+1. Лемма 4.2 выполняется для t ∈ [t̄ − (α0/2)θ0R λ+1, t̄], значит, t ∈ [t0 − (θ∗ − θ0)Rλ+1 − (α0/2)θ0R λ+1, t0] = [t0 − (θ∗ − (1− (α0/2))θ0)Rλ+1, t0]. Заметим, что θ∗ − (1 − (α0/2))θ0 = (2s∗/w)λ−1 − (1 − (α0/2))(2s0/w)λ−1 ≥ (2s∗/w)λ−1(1 − 1/(1 + α0/2)) = θ∗(α0/(α0 + 2)) > θ∗α0/3. Значит, лемма 4.2 выполняется для всех t ∈ [t0 − (α0/3)θ∗Rλ+1, t0]. Лемма 4.3. Если (4.2) выполняется, тогда для каждого α0 ∈ (0, 1), удовлетво- ряющего (2.1), существует целое положительное s∗, определенное в (2.2), такое что на цилиндре Ss∗ R (α0) = BR × [t̄− (α0/3)θ∗Rλ+1, t̄] либо w ≤ 2s∗Rε, либо ∣∣∣(z, t) ∈ Ss∗ R : u(z, t) < µ+ − w 2s∗ ∣∣∣ ≤ α0 ∣∣∣Ss∗ R ∣∣∣ . Доказательство. Используем неравенство (1.5). Рассмотрим цилиндры Sp R(α0) и Sp 2R(α0). Выберем срезающую функцию ξ(z, t), которая равна единице на Sp R(α0), нулю вне Sp 2R(α0), и такую, что ξ(z, t̄ − (α0/3)(2p/w)λ−12Rλ+1) = 0, 0 < ξτ ≤ Cξ/((α0/3)(2p/w)λ−12Rλ+1), |DLξ| ≤ 2/R. Уровень k = µ+ − w/2p−1, p > s0 + l. Тогда неравенство (1.5) принимает вид ∫ ∫ Sp R(α0) |DL(u− k)+|λ+1dzdτ ≤ C1.5 Rλ+1 ∫ ∫ Sp 2R(α0) [(u− k)+]λ+1dzdτ+ + 3C1.5 (α0/3)( 2p w )λ−12Rλ+1 ∫ ∫ Sp 2R(α0) [(u− k)+]2dzdτ ≤ C4.32Q+λ+1 α0Rλ+1 ( w 2p )λ+1 |Sp R(α0)|. (4.3) 137 В.А. Маркашева Теперь используем лемму 2.1 на шаре BR. Выберем l = µ+−w/2p, k = µ+−w/2p−1. Тогда для всех t ∈ [t̄− (α0/2)θ0R λ+1, t̄] λ ( w 2p ) |{z ∈ BR, u < µ+ − w 2p }| ≤ C2.4|BR| Q+1 Q mes (BR −A+ k,R) ∫ A+ k,R−A+ l,R |DLu|dz. Лемма 4.2 дает на отрезке [t̄− (α0/3)(2p/w)λ−1Rλ+1, t̄] для всех p ≤ s∗ оценку mes (BR −A+ µ+− w 2p−1 ,R ) ≥ (α0 2 )2 |BR|. Используя последнюю оценку, получаем ( w 2p ) mes (A+ µ+− w 2p ,R (t)) ≤ 4C2.4 α2 0 |BR| 1 Q ∫ A+ k,R−A+ l,R |DLu|dz. Обозначим Ap = t̄∫ t̄−( α0 3 )( 2p w )λ−1 Rλ+1 mes {A+ µ+− w 2p ,R (t)}dt. Тогда, проинтегрировав последнее неравенство по t на отрезке [t̄− (α0/3)(2p/w)λ−1Rλ+1, t̄], и применив неравенство Гельдера, получаем ( w 2p ) Ap ≤ ≤ 4C2.4 α2 0 |BR| 1 Q   ∫ ∫ Sp R(α0) |DL(u− k)+|λ+1dzdτ   1 λ+1 (Ap −Ap−1) λ λ+1 . Используем (4.3) ( w 2p )λ+1 λ Ap λ+1 λ ≤ ≤ ( 4C2.4 α2 0 )λ+1 λ |BR| λ+1 λQ ( C4.32Q+λ+1 α0Rλ+1 ( w 2p )λ+1 |Sp R(α0)| ) 1 λ (Ap −Ap−1), Ap λ+1 λ ≤ 2 2(λ+1) λ + Q+λ+1 λ C λ+1 λ 2.4 C 1 λ 4.3 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Sp R(α0)| 1λ (Ap −Ap−1) = = C4.4 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Sp R(α0)| 1λ (Ap −Ap−1), (4.4) s∗∑ p=s0+l+1 A λ+1 λ p ≤ C4.4 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Ss∗ R (α0)| 1 λ s∗∑ p=s0+l+1 (Ap −Ap−1). 138 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 Поскольку для всех p ≤ s∗, As∗ ≤ Ap, имеем [s∗ − s0 − l − 1]A λ+1 λ s∗ ≤ C4.4 α0 2(λ+1) λ + 1 λ |Ss∗ R (α0)| 1 λ As∗ , As∗ ≤ C4.4 [s∗ − s0 − l − 1]λα0 2 λ + 1 λ(λ+1) |Ss∗ R (α0)| ≤ C4.4 s∗λα3 0 |Ss∗ R (α0)|. s∗ задано достаточно большим, чтобы C4.4/(s∗λα3 0) ≤ α0. Лемма доказана. ¤ Лемма 4.4. Предположим, что (4.2) выполняется, тогда s∗, определенное в (2.2), таково, что либо w ≤ 2s∗Rε, либо u < µ+ − w 2s∗+1 для всех (z, t) ∈ Ss∗ R/2(α0). Доказательство. Поскольку выполняется (4.2), то справедлива лемма 4.3. Из леммы 4.3 следует, что справедливо условие (2.7) при ρ = R, s = s∗, k = µ+ − w 2s∗ . Поскольку u ∈ Vλ+1(Ss ρ(z, t̄)), то верно неравенство (1.5). Используем лемму 2.7. Лемма 4.4 доказана. ¤ Утверждение 4.5. Положительное целое s∗, не зависящее от w и R, опреде- ленное в (2.2), таково, что если верно (4.2) сразу для всех t̄ на всех Ss0 R (z0, t̄), тогда либо w ≤ 2s∗Rε, для некоторого ε : 0 < ε < (λ + 1)/(λ− 1), либо ess osc Ss∗ R/2 (α0) u ≤ w ( 1− 1 2s∗+1 ) , где Ss∗ R/2(α0) = BR/2 × (t0 − (α0/3)θ∗(R/2)λ+1, t0). Доказательство. Если выполняется условие (4.2), и H+ = ||(u− [µ+ − w 2s0+1 ])−||∞,S s0 R ≥ w 2s0+2 , то справедливы леммы 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, откуда u(z, t) < µ+ − w 2s∗+1 для всех (z, t) ∈ Ss∗ R/2(α0)(z0, t0). Следовательно, ess sup Ss∗ R/2 (α0)(z0,t0) u(z, t) ≤ µ+ − w 2s∗+1 . Тогда ess osc Ss∗ R/2 (α0) u(z, t) = ess sup Ss∗ R/2 (α0) u(z, t)− ess inf Ss∗ R/2 (α0) u(z, t) ≤ 139 В.А. Маркашева ≤ µ+ − w 2s∗+1 − µ− = w ( 1− 1 2s∗+1 ) . Если же H+ = ||(u− [µ+ − w 2s0+1 ])−||∞,S s0 R < w 2s0+2 , то ess sup Ss∗ R/2 (α0) u(z, t) ≤ µ+ − w 2s0+1 + w 2s0+2 = µ+ − w 2s0+2 ≤ µ+ − w 2s∗+1 . Утверждение доказано. ¤ 5. Доказательство теоремы вложения. Утверждение 5.1. Пусть u ∈ Bλ+1,loc(ST , M̄ , C1.5, C1.6). Точка (z0, t0) ∈ ST та- кова, что для некоторых R0 > 0 и ε > 0 цилиндр Sε R0 = BR0(z0)×[t0−R λ+1−ε(λ−1) 0 , t0] ⊂ ST . Для определенного в (2.2) положительного целого s∗, любого R : 0 < R ≤ R0 и w : 0 < w ≤ 2M̄, ess osc Ss∗ R (z0,t0) u(z, t) ≤ w, где Ss∗ R = BR × [t0 − (2s∗/w)λ−1Rλ+1, t0] справедливо: либо w ≤ 2s∗+1Rε, либо най- дутся такие σ0 ∈ N и η0 ∈ (0, 1), что ess osc S σ0 R/8 (z0,t0) u(z, t) ≤ η0w. (5.1) Замечание 5.1. Точка (z0, t0) – произвольная фиксированная точка из ST . Доказательство. Справедливо либо утверждение 3.4, либо утверждение 4.5. Следовательно, либо w < 2s1Rε, откуда немедленно следует, что w ≤ 2s∗+1Rε, либо ess osc Ss∗ R/2 (α0) u ≤ w ( 1− 1 2s∗+1 ) , где Ss∗ R/2(α0) = BR/2 × (t0 − (α0/3)θ∗(R/2)λ+1, t0), либо w ≤ 2s∗+1Rε, либо ess osc S s1 R/8 (z0,t0) u < w ( 1− 1 2s0+m+1 ) , где s1 ≤ s∗, m ≥ s∗. Выберем σ0 ∈ N – максимальное, при условии что 2σ0(λ−1) ≤ (α0/3)2s1(λ−1) и η0 = (1− (1/2s0+m+1)). Утверждение следует из элементарных оценок. ¤ Пусть θ̄ = ( 2s∗/w̄ )λ−1 , w̄ – будет определена позднее, Sε R0 = BR0×(t0−R (λ+1)−ε(λ−1) 0 , t0), S θ̄ R0 = BR0 × (t0− θ̄Rλ+1 0 , t0). Определим последовательность вложенных цилин- дров {Sh}∞h=0. Если ess osc Sε R0 u(z, t) ≤ 2s∗Rε 0, 140 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 тогда положим w0 = 2s∗Rε 0, S0 = BR0 × (t0 − (2s∗/w0)Rλ+1 0 , t0) = Sε R0 . В противном случае, если ess osc Sε R0 u(z, t) > 2s∗Rε 0, существует w̄ : 2s∗Rε 0 < w̄ ≤ 2M̄, такая, что ess osc Sθ̄ R0 u(z, t) ≤ w̄. Положим w0 = w̄, S0 = S θ̄ R0 . Для h = 0, 1, 2, .. wh = max[η0wh−1, 2s∗Rε h−1], θh = (2s∗/wh)λ−1, Rh = R0/Ch 5.2, Sh = Sθh Rh = BRh (z0)× [t0 − ( 2s∗ wh )λ−1 Rλ+1 h , t0], где C5.2 = 8 ( 2s∗−σ0/η0 )λ+1 λ−1 . (5.2) Утверждение 5.2 . Пусть выполняются требования утверждения 5.1, тогда для определенной выше последовательности цилиндров справедливо: Sh−1 ⊂ Sh, ess osc Sh u(z, t) ≤ wh, h = 0, 1, 2, .. (5.3) Доказательство. Заметим, что для h = 1, 2, .. Rh−1 > Rh, wh−1 > wh. Действи- тельно, первое неравенство очевидно. Для второго неравенства возможны два слу- чая. Если 2s∗Rε h−1 ≤ η0wh−1, то wh = η0wh−1 < wh−1, иначе, η0wh−1 < 2s∗Rε h−1, и wh = 2s∗Rε h−1 < 2s∗Rε h−2 < max[η0wh−2, 2s∗Rε h−2] = wh−1. Но число C5.2 выбрано таким образом, что справедлива оценка ( 2s∗ wh )λ−1 Rλ+1 h ≤ ( 2σ0 wh−1 )λ−1 ( Rh−1 8 )λ+1 ≤ ( 2s∗ wh−1 )λ−1 Rλ+1 h−1. Откуда имеем Sh−1 ⊂ Sh. Докажем оставшуюся часть (5.2) методом математичес- кой индукции. При h = 0 утверждение (5.2) тривиально выполняется. Предпола- гаем, что (5.2) справедливо при h = k − 1. Докажем (5.2) для случая h = k. Из предположений имеем ess osc Sk−1 u(z, t) ≤ wk−1. В утверждении 5.1 выберем w = wk−1, R = Rk−1. Заметим, что случай wk−1 ≤ 2s∗Rε k−1 ≤ max[η0wk−1, 2s∗Rε k−1] = wk дает ess osc Sk u(z, t) ≤ ess osc Sk−1 u(z, t) ≤ wk−1 ≤ wk. В противном случае, для Sσ0 Rk−1/8 = BRk−1 ×(t0−(2σ0/wk−1)λ−1(Rk−1/8)λ+1, t0) верна оценка ess osc S σ0 Rk−1/8 u(z, t) ≤ η0wk−1 ≤ max[η0wk−1, 2s∗Rε k−1] = wk. 141 В.А. Маркашева В силу выбора C5.2 верно вложение Sk ⊂ Sσ0 Rk−1/8. Имеем ess osc Sk u(z, t) ≤ ess osc S σ0 Rk−1/8 u(z, t) ≤ wk. Утверждение (5.2) полностью доказано.¤ Теорема 5.3. Пусть u ∈ Vλ+1,loc(ST ) ∩ L∞,loc(ST ) – слабое решение уравнения (1.1). Тогда u(z, t) – локально гёльдерово на ST и для любого компакта K ∈ ST су- ществует постоянные ᾱ ∈ (0, 1) и C(ᾱ), зависящие только от параметров задачи и diamK, такие что |u(z1, t1)− u(z2, t2)| ≤ C(ᾱ)(dᾱ(z1, z2) + |t1 − t2| ᾱ λ+1 ). Доказательство теоремы 5.3. Положим ᾱ = min{(ε,− logCε 5.2 η0}, C(ᾱ) = max{2s∗Rε 0, w0}Cᾱ 5.2. Полагаем R0 и ε такие, что K ⊂ Sε 0. Из утверждения 1.1 следует, чтo условия утверждения 5.1 выполняются, тогда справедливо утверждение 5.2. Пускай r : 0 < r ≤ R0 – произвольное. Найдется такое h0 ∈ N, что Rh0+1 ≤ r < Rh0 ≤ C5.2r < Rh0+1. Тогда легко заметить, что Sε r ⊂ Sh0+1 и ess osc Sh0+1 u(z, t) ≤ wh0+1, тогда ess osc Sε r u(z, t) ≤ ess osc Sε h0+1 u(z, t) ≤ wh0+1 = max{2s∗Rε h0 , η0wh0} ≤ ≤ max{2s∗Rε 0, wh0}max{C−εh0 5.2 , ηh0 0 }. Отметим, что в силу выбора ᾱ имеем η0 ≤ C−ᾱ 5.2 . Поскольку Rh0 ≤ C5.2r, то C−h0 5.2 ≤ (C5.2r)/R0. Откуда имеем max{C−εh0 5.2 , ηh0 0 } ≤ ( C5.2r R0 )ᾱ . Следовательно, для любого r : 0 < r < R0 ess osc Sε r u(z, t) ≤ max{2s∗Rε 0, wh0} ( C5.2r R0 )ᾱ = C(ᾱ)R−ᾱ 0 rᾱ. Откуда следует справедливость теоремы 5.3.¤ Автор выражает благодарность А.Ф.Тедееву за руководство над работой и А.В.Ма- ртыненко за полезные обсуждения результатов работы. 1. Baouendi M.S. Sur une classe d’opérateurs elliptiques dégénérés // Bull. Soc. Math. France. – 1967. – Vol.95. – P.45-87. 142 Локальная гёльдеровость решений. Часть 2 2. Di Benedetto E. On the Local Behaviour of Solutions of Degenerate Parabolic Equations with Measurable Coefficients // Ann. Sc. Norm. Pisa Cl.Sci. – 1986. – Vol.13 (3). – P.487-535. 3. Franchi B., Lanconelli E. Une metrique associee a une classe d‘operateurs elliptiques degeneres // Toronto: Rend. Sem. Mat. Univ. Politec. – 1984. 4. Franchi B., Lanconelli E. Holder regularity theorem for a class of linear nonuniformly elliptic operators with measurable coefficients // Ann. Scuola Norm. Sup. Pisa Cl. Sci. – 1983. – Vol.10 (4). – P.523-541. 5. Garofalo N., Nhieu D.-M. Isoperimetric and Sobolev Inequalities for Carnot-Caratheodory Spaces and the Existence of Minimal Surfaces // Comm. Pure Appl. Math. – 1996. – Vol.49. – P.1081-1144. 6. Grushin V.V. On a class of hypoelliptic operators // Math USSR Sbornik. – 1970. – Vol.12 (3). – P.458-476. 7. Kalashnikov A.S. Some properties of the qualitative theory of nonlinear degenerate second-order parabolic equations // Russian Math. Surveys. – 1987. – Vol.42. – P.169-222. 8. Ладыженская О.А., Солонников В.А., Уральцева Н.Н. Линейные и квази линейные уравнения параболического типа. – М.: Наука, 1967. – 736с. Ин-т прикл. математики и механики НАН Украины, Донецк w9071981@yandex.ru Получено 26.03.08 143