Systems parabolic in Petrovskii's sense in Hörmander spaces

We study a general parabolic initial-boundary-value problem for systems parabolic in Petrovskii’s sense with zero initial Cauchy data in some anisotropic H¨ormander inner-product spaces.We prove that the operators corresponding to this problem are isomorphisms between the appropriate H¨ormander spac...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2017
Main Authors: Los’, V. M., Лось, В. М.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2017
Online Access:https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1702
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
Download file: Pdf

Institution

Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
_version_ 1860507541075656704
author Los’, V. M.
Лось, В. М.
author_facet Los’, V. M.
Лось, В. М.
author_sort Los’, V. M.
baseUrl_str https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai
collection OJS
datestamp_date 2019-12-05T09:24:16Z
description We study a general parabolic initial-boundary-value problem for systems parabolic in Petrovskii’s sense with zero initial Cauchy data in some anisotropic H¨ormander inner-product spaces.We prove that the operators corresponding to this problem are isomorphisms between the appropriate H¨ormander spaces. As an application of this result, we establish a theorem on the local increase in regularity of solutions of the problem. We also obtain new sufficient conditions of continuity for the generalized partial derivatives of a given order of a chosen component of the solution.
first_indexed 2026-03-24T02:10:57Z
format Article
fulltext УДК 517.956.4 В. М. Лось (Нац. техн. ун-т України „КПI iм. I. Сiкорського”, Київ) ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА We study a general parabolic initial-boundary-value problem for systems parabolic in Petrovskii’s sense with zero initial Cauchy data in some anisotropic Hörmander inner-product spaces. We prove that the operators corresponding to this problem are isomorphisms between the appropriate Hörmander spaces. As an application of this result, we establish a theorem on the local increase in regularity of solutions of the problem. We also obtain new sufficient conditions of continuity for the generalized partial derivatives of a given order of a chosen component of the solution. Исследуется общая начально-краевая задача для параболических по Петровскому систем с нулевыми начальными данными Коши в некотoрых анизотропных пространствах Хермандера. Доказано, что операторы, соответствующие этой задаче, являются изоморфизмами между подходящими пространствами Хермандера. Как применение этого результата доказана теорема о локальном повышении регулярности решения задачи и получены новые достаточные условия непрерывности обобщенных частных производных заданного порядка выбранной компоненты вектор- функции решения. 1. Вступ. Cучасна теорiя загальних параболiчних початково-крайових задач розроблена для класичних шкал функцiональних просторiв Гельдера – Зигмунда i Соболєва [1 – 8]. Основний результат цiєї теорiї — теореми про коректну розв’язнiсть (за Адамаром) цих задач у придатних парах вказаних просторiв. Цi теореми мають важливi застосування до дослiдження властивос- тей регулярностi розв’язкiв параболiчної задачi, властивостей її функцiї Грiна тощо. Останнiм часом знаходять важливi застосування у теорiї диференцiальних рiвнянь iз частин- ними похiдними функцiональнi простори узагальненої гладкостi [9 – 17]. Для них показником регулярностi розподiлiв є не числовий, а досить загальний функцiональний параметр, залеж- ний вiд частотних змiнних (дуальних до просторових вiдносно перетворення Фур’є). Теорiя цих просторiв була започаткована Л. Хермандером у монографiї [9], де було введено нормованi простори \scrB p,\mu := \bigl\{ w \in \scrS \prime (\BbbR k) : \mu (\xi ) \widehat w(\xi ) \in Lp(\BbbR k, d\xi ) \bigr\} . Тут 1 \leq p \leq \infty , \mu : \BbbR k \rightarrow (0,\infty ) — вагова функцiя, а \widehat w — перетворення Фур’є розподiлу w. В. А. Михайлець i О. О. Мурач [16 – 23] побудували теорiю розв’язностi загальних елiптич- них крайових задач у гiльбертових шкалах iзотропних просторiв Хермандера Hs;\varphi := \scrB 2,\mu , де показником регулярностi є функцiя вигляду \mu (\xi ) := (1 + | \xi | 2)s/2\varphi ((1 + | \xi | 2)1/2). Тут числовий параметр s є дiйсним, а функцiональний параметр \varphi — повiльно змiнним на не- скiнченностi за Й. Карамата [24]. Ця теорiя ґрунтується на методi iнтерполяцiї з функцiональ- ним параметром гiльбертових просторiв, який встановлює зв’язок мiж просторами Соболєва i цими просторами Хермандера. З огляду на це є перспективним застосування вказаного методу iнтерполяцiї до побудови теорiї розв’язностi параболiчних початково-крайових задач в анiзотропних аналогах просторiв Hs;\varphi . У роботах [25 – 34] цю теорiю розроблено для мiшаних задач для одного лiнiйного параболiчного рiвняння. c\bigcirc В. М. ЛОСЬ, 2017 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 365 366 В. М. ЛОСЬ У данiй роботi дослiджується загальна початково-крайова задача для параболiчних за Пет- ровським систем. Ми розглядаємо важливий випадок [3], коли початковi данi Кошi є нульовими. Мета роботи — довести теореми про коректну розв’язнiсть i локальну регулярнiсть узагальне- них розв’язкiв цiєї задачi, а також встановити новi достатнi умови неперервностi узагальнених частинних похiдних (заданого порядку) вибраної компоненти вектор-функцiї розв’язку. Резуль- тати роботи частково анонсовано у [35]. Подiбнi результати у випадку мiшаної параболiчної задачi для одного рiвняння отримано у [31]. 2. Постановка задачi. Нехай довiльно задано цiле число n \geq 2, дiйсне число \tau > 0 i обмежену область G \subset \BbbR n з нескiнченно гладкою межею \Gamma := \partial G, \Omega := G \times (0, \tau ) — вiдкритий цилiндр в \BbbR n+1, S := \Gamma \times (0, \tau ) — його бiчна поверхня. Тодi \Omega := G \times [0, \tau ] i S := \Gamma \times [0, \tau ] є замиканням \Omega i S вiдповiдно. Розглянемо у цилiндрi \Omega початково-крайову параболiчну за Петровським задачу для систе- ми лiнiйних диференцiальних рiвнянь: N\sum k=1 Aj,k(x, t,Dx, \partial t)uk(x, t) = fj(x, t) для всiх x \in G, t \in (0, \tau ) i j \in \{ 1, . . . , N\} , (1) N\sum k=1 Bj,k(x, t,Dx, \partial t)uk(x, t) \bigm| \bigm| S = gj(x, t) для всiх x \in \Gamma , 0 < t < \tau i j \in \{ 1, . . . ,m\} , (2) \partial rt uk(x, t) \bigm| \bigm| t=0 = 0 для всiх x \in G, k \in \{ 1, . . . , N\} i r \in \{ 0, . . . , \kappa k - 1\} . (3) Зауважимо, що початковi данi (3) ми вважаємо нульовими. Тут лiнiйнi диференцiальнi вирази мають вигляд Aj,k(x, t,Dx, \partial t) := \sum | \alpha | +2b\beta \leq 2b\kappa k a\alpha ,\beta j,k (x, t)D \alpha x\partial \beta t , (4) Bj,k(x, t,Dx, \partial t) := \left\{ \sum | \alpha | +2b\beta \leq lj+2b\kappa k b\alpha ,\beta j,k (x, t)D \alpha x\partial \beta t , якщо lj + 2b\kappa k \geq 0, 0, якщо lj + 2b\kappa k < 0, (5) для всiх припустимих значень iндексiв j, k. В цiй задачi ми довiльним чином вибрали нату- ральнi числа N \geq 2, b i \kappa 1, . . . , \kappa N , поклали m := b(\kappa 1 + . . . + \kappa N ) i вибрали ще m цiлих чисел l1, . . . , lm. Число 2b називається параболiчною вагою даної задачi. Всi коефiцiєнти ди- ференцiальних виразiв Aj,k та Bj,k є нескiнченно гладкими комплекснозначними функцiями, заданими на \Omega i S вiдповiдно, тобто a\alpha ,\beta j,k \in C\infty (\Omega ) := \bigl\{ w \upharpoonright \Omega : w \in C\infty (\BbbR n+1) \bigr\} i b\alpha ,\beta j,k \in C\infty (S) := \bigl\{ v \upharpoonright S : v \in C\infty (\Gamma \times \BbbR ) \bigr\} . Використовуватимемо позначення D\alpha x := D\alpha 1 1 . . . D\alpha n n , де Dk := i \partial /\partial xk, \partial t := \partial /\partial t для частинних похiдних функцiй, що залежать вiд x = (x1, . . . , xn) \in \BbbR n i t \in \BbbR . Тут i — уявна ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 367 одиниця, \alpha = (\alpha 1, . . . , \alpha n) — мультиiндекс i | \alpha | := \alpha 1 + . . . + \alpha n. У формулах (4) i (5) та їх аналогах пiдсумовування проводиться за цiлими невiд’ємними iндексами \alpha 1, . . . , \alpha n i \beta , якi задовольняють умову, вказану пiд знаком суми. Запишемо основнi символи диференцiальних операторiв (4) i (5): A (0) j,k(x, t, \xi , p) := \sum | \alpha | +2b\beta =2b\kappa k a\alpha ,\beta j,k (x, t) \xi \alpha p\beta , B (0) j,k (x, t, \xi , p) =: \left\{ \sum | \alpha | +2b\beta =lj+2b\kappa k b\alpha ,\beta j,k (x, t) \xi \alpha p\beta , якщо lj + 2b\kappa k \geq 0, 0, якщо lj + 2b\kappa k < 0. Цi символи є однорiдними полiномами за сукупнiстю аргументiв \xi := (\xi 1, . . . , \xi n) \in \BbbC n i p \in \BbbC (як завжди, \xi \alpha := \xi \alpha 1 1 . . . \xi \alpha nn ). Утворимо матрицi A(0)(x, t, \xi , p) := \bigl( A (0) j,k(x, t, \xi , p) \bigr) N j,k=1 , B(0)(x, t, \xi , p) := \bigl( B (0) j,k (x, t, \xi , p) \bigr) j=1,...,m k=1,...,N . Нагадаємо [2] (розд. 1, § 1), що початково-крайова задача (1) – (3) називається параболiчною за Петровським у цилiндрi \Omega , якщо виконуються три умови. Умова 1. Для довiльно вибраних точок x \in G, t \in [0, \tau ] i вектора \xi \in \BbbR n усi коренi много- члена \mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{t}A(0)(x, t, \xi , p) за змiнною p \in \BbbC задовольняють нерiвнiсть \mathrm{R}\mathrm{e} p(x, t, \xi ) \leq - \delta | \xi | 2b зi сталою \delta > 0, яка не залежить вiд x, t i \xi . Умова 2. У системi (1) кожне рiвняння з номером j \in \{ 1, . . . , N\} розв’язуване вiдносно похiдної \partial \kappa j t uj i не мiстить жодної похiдної вигляду \partial \kappa kt uk, k \not = j. Тому можна вважати, що a (0,0,...,0),\kappa k j,k (x, t) \equiv \delta j,k для довiльних j, k \in \{ 1, . . . , N\} . Тут \delta j,k — символ Кронекера. Нехай число \delta 1 \in (0, \delta ), де \delta — стала з умови 1. Для формулювання умови 3 виберемо довiльним чином точки x \in \Gamma , t \in [0, \tau ], вектор \xi \in \BbbR n, дотичний до межi \Gamma у точцi x, i число p \in \BbbC такi, що \mathrm{R}\mathrm{e} p \geq - \delta 1| \xi | 2b i | \xi | + | p| > 0. Нехай \nu (x) — орт внутрiшньої нормалi до межi \Gamma у точцi x. З умови 1 випливає, що многочлен \mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{t}A(0)(x, t, \xi + \zeta \nu (x), p) змiнної \zeta \in \BbbC має точно m коренiв \zeta +j (x, t, \xi , p), j = 1, . . . ,m, з додатною уявною частиною та решту m коренiв з вiд’ємною уявною частиною (з урахуванням їхньої кратностi). Умова 3. Для деякого числа \delta 1 \in (0, \delta ) при кожному зазначеному вище виборi параметрiв x, t, \xi i p рядки матрицi B(0)(x, t, \xi + \zeta \nu (x), p) \widetilde A(0)(x, t, \xi + \zeta \nu (x), p) є лiнiйно незалежними за модулем многочлена \prod m j=1 (\zeta - \zeta +j (x, t, \xi , p)). Тут \widetilde A(0) — транспо- нована матриця алгебраїчних доповнень елементiв матрицi A(0). Зауважимо, що умови 1 i 2 є умовами (рiвномiрної) 2b-параболiчностi за I. Г. Петровським [36, с. 100] системи (1) у замкненому цилiндрi \Omega , а умова 3 свiдчить про те, що система крайових умов (2) накриває параболiчну систему (1) на бiчнiй поверхнi S цього цилiндра. Запишемо систему (1) i граничнi умови (2) у матричнiй формi Au = f i Bu| S = g. Тут i далi A := (Aj,k(x, t,Dx, \partial t)) N j,k=1, B := \bigl( Bj,k(x, t,Dx, \partial t) \bigr) j=1,...,m k=1,...,N ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 368 В. М. ЛОСЬ — матричнi диференцiальнi оператори, а u, f та g — комплекснозначнi вектор-функцiї. Пов’яжемо з початково-крайовою задачею (1) – (3) лiнiйне вiдображення\bigl( C\infty + (\Omega ) \bigr) N \ni u \mapsto \rightarrow (Au,Bu) \in \bigl( C\infty + (\Omega ) \bigr) N \times \bigl( C\infty + (S) \bigr) m . (6) Тут i нижче C\infty + (\Omega ) := \bigl\{ w \upharpoonright \Omega : w \in C\infty (\BbbR n+1), \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}w \subseteq \BbbR n \times [0,\infty ) \bigr\} , C\infty + (S) := \bigl\{ h\upharpoonright S : h \in C\infty (\Gamma \times \BbbR ), \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}h \subseteq \Gamma \times [0,\infty ) \bigr\} . У роботi всi функцiї та розподiли вважаються комплекснозначними. Вiдображення (6) встановлює взаємно однозначну вiдповiднiсть мiж просторами (C\infty + (\Omega ))N i (C\infty + (\Omega ))N \times (C\infty + (S))m. Це випливає з теореми 1.2 [3] (див. мiркування на початку п. 6). Основна мета роботи — довести, що вiдображення (6) продовжується єдиним чином (за неперервнiстю) до iзоморфiзму мiж вiдповiдними парами анiзотропних гiльбертових функцiо- нальних просторiв Хермандера. 3. Простори Хермандера, пов’язанi з задачею. Цi простори є окремим випадком гiль- бертових функцiональних просторiв \scrB 2,\mu , введених i дослiджених Л. Хермандером [9] (п. 2.2), а згодом i Л. Р. Волєвичем та Б. П. Панеяхом [37] (§ 2, 3). Для зручностi наведемо коротко необхiднi означення (бiльш детально див. [31], п. 3). Потрiбнi простори будуються на основi базових анiзотропних функцiональних просторiв Hs,s/(2b);\varphi (\BbbR k+1), заданих на \BbbR k+1, k \geq 1. Усi цi простори параметризуються парою дiйсних числових параметрiв s i s/(2b) та функцiональним параметром \varphi \in \scrM . За означенням клас \scrM складається з усiх вимiрних за Борелем функцiй \varphi : [1,\infty ) \rightarrow (0,\infty ), якi задовольняють такi умови: а) обидвi функцiї \varphi i 1/\varphi обмеженi на кожному вiдрiзку [1, c], де 1 < c <\infty ; б) функцiя \varphi є повiльно змiнною за Й. Карамата на нескiнченностi, тобто \mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{m} r\rightarrow \infty \varphi (\lambda r) \varphi (r) = 1 для кожного \lambda > 0. Теорiю повiльно змiнних функцiй (на нескiнченностi) викладено, наприклад, у монографiї [24]. Їх важливим прикладом є функцiї вигляду \varphi (r) = (\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{g} r)q1 (\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{g} \mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{g} r)q2 . . . ( \mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{g} . . . \mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{g}\underbrace{} \underbrace{} k разiв r )qk для r \gg 1, де k \in \BbbZ , k \geq 1, i q1, q2, . . . , qk \in \BbbR — довiльнi параметри. Нехай s \in \BbbR , \varphi \in \scrM i дiйсне \gamma > 0. Простiр Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) буде потрiбний нам лише у випадку \gamma = 1/(2b), але його природно ввести для довiльного \gamma > 0. За означенням комплексний лiнiйний простiр Hs,s\gamma ,\varphi (\BbbR k+1) складається з усiх повiльно зростаючих розподiлiв w \in \scrS \prime (\BbbR k+1) таких, що їх (повне) перетворення Фур’є \widetilde w є функцiєю, яка локально iнтегровна на \BbbR k+1 за Лебегом i задовольняє умову\int \BbbR k \int \BbbR r2s\gamma (\xi , \eta )\varphi 2(r\gamma (\xi , \eta )) | \widetilde w(\xi , \eta )| 2 d\xi d\eta <\infty . ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 369 Тут i нижче використовуємо позначення r\gamma (\xi , \eta ) := \bigl( 1 + | \xi | 2 + | \eta | 2\gamma \bigr) 1/2 , де \xi \in \BbbR k i \eta \in \BbbR . Цей простiр надiлено скалярним добутком (w1, w2)Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) := \int \BbbR k \int \BbbR r2s\gamma (\xi , \eta )\varphi 2(r\gamma (\xi , \eta ))\widetilde w1(\xi , \eta )\widetilde w2(\xi , \eta ) d\xi d\eta , де w1, w2 \in Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1). Скалярний добуток звичайним чином породжує норму \| w\| Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) := (w,w) 1/2 Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) . Зазначимо, що простiр Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) є окремим випадком просторiв \scrB 2,\mu , що були введенi Л. Хермандером у [9] (п 2.2). А саме, Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) = \scrB 2,\mu за умови, що функцiональний параметр \mu (\xi , \eta ) = rs\gamma (\xi , \eta )\varphi (r\gamma (\xi , \eta )) для всiх \xi \in \BbbR k i \eta \in \BbbR . У випадку \gamma = 1/(2b) будемо казати, що простiр Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) є 2b-анiзотропним простором Хермандера. Згiдно з теоремою 2.2.1 [9], простiр Хермандера Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) є повним (тобто гiльберто- вим), сепарабельним i неперервно вкладеним у лiнiйний топологiчний простiр \scrS \prime (\BbbR k+1) повiль- но зростаючих розподiлiв на \BbbR k+1. Бiльш того, множина C\infty 0 (\BbbR k+1) є щiльною в Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1). Якщо \varphi (r) \equiv 1, то Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) стає анiзотропним гiльбертовим простором Соболєва порядку (s, s\gamma ); позначимо його через Hs,s\gamma (\BbbR k+1). У загальному випадку, коли \varphi \in \scrM є довiльною, мають мiсце неперервнi та щiльнi вкладення Hs1,s1\gamma (\BbbR k+1) \lhook \rightarrow Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) \lhook \rightarrow Hs0,s0\gamma (\BbbR k+1) для всiх s0 < s < s1. (7) Цей результат безпосередньо випливає з такої властивостi \varphi \in \scrM : для довiльного \varepsilon > 0 iснує таке число c = c(\varepsilon ) \geq 1, що c - 1r - \varepsilon \leq \varphi (r) \leq c r\varepsilon для всiх r \geq 1 (див., наприклад, [24], п.1.5,10). Вкладення (7) показують роль функцiонального параметра \varphi \in \scrM у класi гiльбертових функцiональних просторiв \bigl\{ Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) : s \in \BbbR , \varphi \in \scrM \bigr\} . (8) Бачимо, що \varphi визначає додаткову гладкiсть по вiдношенню до основної анiзотропної гладкостi, заданої парою чисел (s, s\gamma ). Якщо \varphi (r) \rightarrow \infty (або \varphi (r) \rightarrow 0) при r \rightarrow \infty , то \varphi визначає позитивну (або негативну) додаткову гладкiсть. Iншими словами, \varphi уточнює основну гладкiсть (s, s\gamma ). Використовуючи шкалу (8), введемо функцiональнi простори, пов’язанi iз задачею (1) – (3). Нехай V — вiдкрита непорожня множина в \BbbR k+1. (Зокрема, при k = n i V = \Omega .) Покладемо Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) := \bigl\{ w \upharpoonright V : w \in Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1), \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}w \subseteq \BbbR k \times [0,\infty ) \bigr\} . (9) Норма у лiнiйному просторi (9) визначається формулою ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 370 В. М. ЛОСЬ \| u\| Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) := \mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{f} \bigl\{ \| w\| Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1) : w \in Hs,s\gamma ;\varphi (\BbbR k+1), \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}w \subseteq \BbbR k \times [0,\infty ), u = w \upharpoonright V \bigr\} , (10) де u \in Hs,s\gamma ;\varphi + (V ). Лiнiйний простiр Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) є гiльбертовим i сепарабельним вiдносно норми (3) (див. [31], п. 3). Розв’язок задачi (1) – (3) та правi частини системи (1) будемо розглядати у просторах Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) з k = n i V = \Omega . Зауважимо, що множина C\infty + (\Omega ) є щiльною в Hs,s\gamma ;\varphi + (\Omega ). Також нам потрiбно ввести аналог простору Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) для бiчної поверхнi S цилiндра \Omega . Для розглядуваної задачi достатньо обмежитись випадком s > 0. Нехай \Pi := \BbbR n - 1 \times (0, \tau ). Розглянемо гiльбертiв простiр Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) у випадку k = n - 1 i V = \Pi . Означимо простiр Hs,s\gamma ;\varphi + (S) на основi простору Hs,s\gamma ;\varphi + (\Pi ) за допомогою спецiальних локальних карт на S. Довiльно виберемо скiнченний атлас iз C\infty -структури на замкненому многовидi \Gamma . Нехай цей атлас утворений локальними картами \theta j : \BbbR n - 1 \updownarrow \Gamma j , де j = 1, . . . , \lambda . Тут кожна \theta j — це C\infty -дифеоморфiзм усього евклiдового простору \BbbR n - 1 на вiдкриту пiдмножину \Gamma j множини \Gamma . Бiльш того, \Gamma := \Gamma 1 \cup . . . \cup \Gamma \lambda , тобто вiдкритi множини \Gamma 1, . . . ,\Gamma \lambda утворюють покриття \Gamma . Окрiм цього, довiльно виберемо такi функцiї \chi j \in C\infty (\Gamma ), j = 1, . . . , \lambda , що \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}\chi j \subset \Gamma j i \chi 1 + . . .+\chi \lambda = 1 на \Gamma . Цi функцiї утворюють C\infty -розбиття одиницi на \Gamma , яке пiдпорядковане покриттю. Цей атлас на \Gamma породжує набiр спецiальних локальних карт \theta \ast j : \BbbR n - 1 \times [0, \tau ] \updownarrow \Gamma j \times [0, \tau ], j = 1, . . . , \lambda , на S = \Gamma \times [0, \tau ] за формулою \theta \ast j (x, t) := (\theta j(x), t) для всiх x \in \BbbR n - 1 i t \in [0, \tau ]. Розглянемо функцiї \chi \ast j (x, t) := \chi j(x) для x \in \Gamma i t \in [0, \tau ], де j = 1, . . . , \lambda . Вони утворюють C\infty -розбиття одиницi на S, яке пiдпорядковане покриттю \{ \Gamma j \times [0, \tau ] : j = 1, . . . , \lambda \} многовиду S. Тепер покладемо Hs,s\gamma ;\varphi + (S) := \bigl\{ v \in L2(S) : (\chi \ast jv) \circ \theta \ast j \in Hs,s\gamma ;\varphi + (\Pi ) для всiх j \in \{ 1, . . . , \lambda \} \bigr\} . (11) Тут, нагадаємо, s > 0 i L2(S) — гiльбертовий простiр усiх iнтегровних iз квадратом вiдносно мiри Лебега функцiй v : S \rightarrow \BbbC на гладкому многовидi S. Як звичайно, \circ позначає композицiю функцiй або вiдображень, так що ((\chi \ast jv) \circ \theta \ast j )(x, t) = (\chi \ast jv)(\theta \ast j (x, t)) = \chi j(\theta j(x)) v((\theta j(x), t)) для всiх x \in \BbbR n - 1 i t \in (0, \tau ). Скалярний добуток у лiнiйному просторi (11) означається за формулою (v1, v2)Hs,s\gamma ;\varphi + (S) := \lambda \sum j=1 ((\chi \ast jv1) \circ \theta \ast j , (\chi \ast jv2) \circ \theta \ast j )Hs,s\gamma ;\varphi + (\Pi ), де v1, v2 \in Hs,s\gamma ;\varphi + (S). Цей скалярний добуток природним чином породжує норму \| v\| Hs,s\gamma ;\varphi + (S) := (v, v) 1/2 Hs,s\gamma ;\varphi + (S) . ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 371 Простiр Hs,s\gamma ;\varphi + (S) є повним (тобто гiльбертовим), сепарабельним i не залежить з точнiстю до еквiвалентностi норм вiд зазначеного вибору локальних карт i розбиття одиницi на \Gamma ; множина C\infty + (S) є щiльною у цьому просторi [31] (лема 3.1). Якщо \varphi \equiv 1, то означенi вище простори стають анiзотропними соболєвськими просторами. У цьому випадку будемо пропускати iндекс \varphi у позначеннях цих просторiв. Наприкiнцi зазначимо (див. [31], п. 3), що для введених просторiв Хермандера на \Omega та S мають мiсце аналоги вкладень (7). А саме, для довiльного \varphi \in \scrM мають мiсце неперервнi та щiльнi вкладення Hs1,s1\gamma + (V ) \lhook \rightarrow Hs,s\gamma ;\varphi + (V ) \lhook \rightarrow Hs0,s0\gamma + (V ) для всiх s0 < s < s1. (12) Тут V = \Omega або V = S i s0 > 0. 4. Основний результат. У цьому пунктi ми сформулюємо теорему про iзоморфiзм для параболiчної задачi (1) – (3) у просторах Хермандера, введених вище. Потiм розглянемо засто- сування цiєї теореми до дослiдження регулярностi узагальнених розв’язкiв цiєї задачi. Позначимо через \sigma 0 найменше цiле число таке, що \sigma 0 \geq 0, \sigma 0 \geq lj + 1 для всiх j \in \{ 1, . . . ,m\} , \sigma 0 2b \in \BbbZ . Теорема 1. Для довiльного дiйсного числа \sigma > \sigma 0 i довiльного функцiонального параметра \varphi \in \scrM вiдображення (6) продовжується єдиним чином (за неперервнiстю) до iзоморфiзму (A,B) : \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ) := N\bigoplus k=1 H \sigma +2b\kappa k,(\sigma +2b\kappa k)/(2b);\varphi + (\Omega ) \updownarrow \updownarrow \bigl( H \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ) \bigr) N \oplus m\bigoplus j=1 H \sigma - lj - 1/2,(\sigma - lj - 1/2)/(2b);\varphi + (S) =: \scrH \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega , S). (13) Якщо \varphi \equiv 1, то iзоморфiзм (13) дiє у парах анiзотропних просторiв Соболєва. У цьому випадку теорема 1 встановлена В. О. Солоннiковим [3] (теорема 1.2) у припущеннi, що \sigma /(2b) \in \in \BbbZ . Його результат охоплює i граничний випадок \sigma = \sigma 0. У загальному випадку ми виведемо теорему 1 iз теореми Солоннiкова за допомогою iнтерполяцiї з функцiональним параметром пар гiльбертових просторiв Соболєва. Як зазначено вище, вiдображення (6) продовжується за неперервнiстю до iзоморфiзму (A,B) : \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) \updownarrow \scrH \sigma 0,\sigma 0/(2b) + (\Omega , S), (14) який дiє в анiзотропних просторах Соболєва. Всi iзоморфiзми (13), де \sigma > \sigma 0 i \varphi \in \scrM , є звуженнями (14). Цей результат випливає iз вкладень (12). Кожна вектор-функцiя (f, g) \in \scrH \sigma 0,\sigma 0/(2b) + (\Omega , S) (15) має єдиний прообраз u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) при взаємно однозначному вiдображеннi (14). Цю вектор-функцiю u називаємо (сильним) узагальненим розв’язком параболiчної задачi (1) – (3) iз правою частиною (15). Розглянемо властивостi регулярностi цього розв’язку у просторах Хермандера. Наступне твердження безпосередньо випливає з теореми 1. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 372 В. М. ЛОСЬ Наслiдок 1. Припустимо, що u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) є узагальненим розв’язком параболiчної задачi (1) – (3), правi частини якої задовольняють умову (f, g) \in \scrH \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega , S) для деяких \sigma > \sigma 0 i \varphi \in \scrM . Тодi u \in \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ). Зауважимо, що додаткова регулярнiсть \varphi правих частин успадковується розв’язком задачi. Тепер сформулюємо локальний аналог цього результату. Нехай U — вiдкрита множина в \BbbR n+1, \omega := U \cap \Omega \not = \varnothing , \pi 1 := U \cap \partial \Omega i \pi 2 := U \cap S. Введемо необхiднi локальнi аналоги просторiв Hs,s\gamma ;\varphi + (\Omega ) i Hs,s\gamma ;\varphi + (S), де s > 0, \gamma = 1/(2b) i \varphi \in \scrM . Позначимо через Hs,s\gamma ;\varphi +,loc (\omega , \pi 1) лiнiйний простiр усiх розподiлiв u в областi \Omega таких, що \chi u \in Hs,s\gamma ;\varphi + (\Omega ) для кожної функцiї \chi \in C\infty (\Omega ) iз \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}\chi \subset \omega \cup \pi 1. Топологiя в цьому просторi задається напiвнормами u \mapsto \rightarrow \| \chi u\| Hs,s\gamma ;\varphi + (\Omega ), де \chi — довiльна згадана вище функцiя. Аналогiчно, позначимо через Hs,s\gamma ;\varphi +,loc (\pi 2) лiнiйний простiр усiх розподiлiв v на S таких, що \chi v \in Hs,s\gamma ;\varphi + (S) для кожної функцiї \chi \in C\infty (S) iз \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}\chi \subset \pi 2. Топологiя у цьому просторi задається напiвнормами v \mapsto \rightarrow \| \chi v\| Hs,s\gamma ;\varphi + (S), де \chi — довiльна щойно згадана функцiя. Теорема 2. Нехай вектор-функцiя u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) є узагальненим розв’язком задачi (1) – (3) iз правою частиною (15). Припустимо, що (f, g) \in \scrH \sigma ,\sigma /(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1, \pi 2) := \bigl( H \sigma ,\sigma /(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \bigr) N \oplus m\bigoplus j=1 H \sigma - lj - 1/2,(\sigma - lj - 1/2)/(2b);\varphi +,loc (\pi 2) (16) для деяких \sigma > \sigma 0 i \varphi \in \scrM . Тодi u \in \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) := N\bigoplus k=1 H \sigma +2b\kappa k,(\sigma +2b\kappa k)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1). (17) У випадку \omega = \Omega i \pi 1 = \partial \Omega (тодi \pi 2 = S ) теорема 2 є повторенням наслiдку 1. Якщо \pi 1 = \varnothing , то ця теорема стверджує, що регулярнiсть розв’язку пiдвищується в околах внутрiшнiх точок замкненої областi \Omega . Виберемо довiльну компоненту uk узагальненого розв’язку u. Використання просторiв Хермандера дозволяє отримати кращi, нiж у випадку просторiв Соболєва, достатнi умови не- перервностi на \omega \cup \pi 1 вибраної компоненти uk та її узагальнених частинних похiдних заданого порядку. Теорема 3. Виберемо довiльне k \in \{ 1, . . . , N\} . Нехай цiле p \geq 0 таке, що p + b + n/2 > > \sigma 0 + 2b\kappa k, i вектор-функцiя u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) є узагальненим розв’язком задачi (1) – (3) iз правою частиною (15). Припустимо, що права частина задовольняє умову (16) для \sigma := := p+ b+ n/2 - 2b\kappa k i деякого функцiонального параметра \varphi \in \scrM такого, що ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 373 \infty \int 1 dr r\varphi 2(r) <\infty . (18) Тодi компонента uk(x, t) розв’язку u та всi її узагальненi частиннi похiднi D\alpha x\partial \beta t uk(x, t), для яких | \alpha | + 2b\beta \leq p, є неперервними на множинi \omega \cup \pi 1. Щодо цiєї теореми наведемо два зауваження. Зауваження 1. Умова (18) у теоремi 3 є точною. А саме, нехай \sigma := p + b + n/2 - 2b\kappa k, \varphi \in \scrM i для кожної вектор-функцiї u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) є правильною iмплiкацiя\bigl( u є розв’язком задачi (1) – (3) для деякої правої частини (16) \bigr) \Rightarrow \bigl( компонентаuk задовольняє висновок теореми 3 \bigr) . Тодi \varphi задовольняє умову (18). Це зауваження випливає iз твердження 4(ii), детальнiше див. [31] (п. 4, зауваження 1). Зауваження 2. Якщо сформулювати аналог теореми 3 для соболєвської шкали (випадок \varphi \equiv 1), то доведеться замiнити умову теореми на бiльш сильну, оскiльки (18) не виконується у цьому випадку. А саме, потрiбно стверджувати, що права частина задачi (1) – (3) задовольняє умову (16) для деякого \sigma > p+ b+n/2 - 2b\kappa k. Це припущення сильнiше, нiж умова теореми 3, завдяки лiвому вкладенню у (12). 5. Iнтерполяцiя з функцiональним параметром. У цьому пунктi розглянемо метод iнтер- поляцiї з функцiональним параметром пар гiльбертових просторiв, який було введено К. Фойа- шем i Ж.-Л. Лiонсом [38, с. 278]. Ця iнтерполяцiя є природним узагальненням класичного методу iнтерполяцiї С. Г. Крейна i Ж.-Л. Лiонса в тому випадку, коли замiсть числа в якостi параметра iнтерполяцiї використовується досить загальна функцiя (див., наприклад, монографiї [39] (гл. 4, п. 1.10) i [40] (гл. 1, пп. 2 i 5)). Iнтерполяцiя з функцiональним параметром вiдiграє ключову роль у доведеннi теореми 1. Для наших цiлей достатньо обмежитись випадком сепа- рабельних комплексних гiльбертових просторiв. Ми дотримуємось монографiї [17] (п. 1.1), у якiй систематично викладено цю iнтерполяцiю (див. також [23], п. 2). Нехай X := [X0, X1] — впорядкована пара сепарабельних комплексних гiльбертових про- сторiв, для яких має мiсце неперервне i щiльне вкладення X1 \lhook \rightarrow X0. Таку пару називають допустимою. Для неї iснує оператор J, що є самоспряженим додатно визначеним оператором в X0 з областю визначення X1, причому \| Jv\| X0 = \| v\| X1 для кожного v \in X1. Оператор J визначається парою X однозначно i називається породжуючим оператором для X (див., наприклад, [39], гл. 4, теорема 1.12). Вiн визначає iзометричний iзоморфiзм J : X1 \updownarrow X0. Позначимо через \scrB множину всiх вимiрних за Борелем функцiй \psi : (0,\infty ) \rightarrow (0,\infty ), для яких \psi є обмеженою на кожному вiдрiзку [a, b], де 0 < a < b < \infty , а 1/\psi — обмеженою на кожному променi [a,\infty ), де a > 0. Для заданої функцiї \psi \in \scrB розглянемо (взагалi необмежений) оператор \psi (J), визначений в X0 як борелiвська функцiя \psi вiд J. Цей оператор будується за допомогою спектральної теоре- ми, застосованої до самоспряженого оператора J. Позначимо через [X0, X1]\psi (або скорочено X\psi ) область визначення оператора \psi (J), надiлену скалярним добутком (v1, v2)X\psi := (\psi (J)v1, \psi (J)v2)X0 . ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 374 В. М. ЛОСЬ Лiнiйний простiр X\psi є гiльбертовим i сепарабельним вiдносно цього скалярного добутку. Останнiй породжує норму \| v\| X\psi := \| \psi (J)v\| X0 . Функцiю \psi \in \scrB назвемо iнтерполяцiйним параметром, якщо для всiх припустимих пар X = [X0, X1] та Y = [Y0, Y1] гiльбертових просторiв i для довiльного лiнiйного вiдображення T, заданого на X0, правильним є таке: якщо звуження вiдображення T на Xj є обмеженим оператором T : Xj \rightarrow Yj для кожного j \in \{ 0, 1\} , то звуження вiдображення T на X\psi також є обмеженим оператором T : X\psi \rightarrow Y\psi . Якщо \psi — iнтерполяцiйний параметр, то будемо казати, що гiльбертiв простiр X\psi отримано в результатi iнтерполяцiї з функцiональним параметром \psi пари X = [X0, X1]. У цьому випадку маємо щiльнi та неперервнi вкладення X1 \lhook \rightarrow X\psi \lhook \rightarrow X0. Вiдомо, що функцiя \psi \in \scrB є iнтерполяцiйним параметром тодi i тiльки тодi, коли \psi є псевдовгнутою в околi \infty , тобто коли iснує вгнута додатна функцiя \psi 1(r) при r \gg 1 така, що обидвi функцiї \psi /\psi 1 та \psi 1/\psi є обмеженими в деякому околi \infty . Цей критерiй випливає з опису Ж. Петре класу всiх iнтерполяцiйних функцiй для вагових просторiв типу Lp(\BbbR n) (див. [41], теорема 5.4.4). Доведення цього критерiю наведено в [17] (п. 1.1.9). Ми будемо використовувати такий наслiдок з цього критерiю [17] (теорема 1.11). Твердження 1. Припустимо, що функцiя \psi \in \scrB є правильно змiнною на нескiнченностi функцiєю порядку \theta , де 0 < \theta < 1, тобто \mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{m} r\rightarrow \infty \psi (\lambda r) \psi (r) = \lambda \theta для кожного \lambda > 0. Тодi \psi є iнтерполяцiйним параметром. Поняття правильно змiнної функцiї належить Й. Карамата [42]. Очевидно, що функцiя \psi : (r0,\infty ) \rightarrow (0,\infty ), де r0 \in \BbbR , є правильно змiнною порядку \theta \in \BbbR на нескiнченностi тодi i тiльки тодi, коли \psi (r) \equiv r\theta \psi 0(r) для певної функцiї \psi 0 : (r0,\infty ) \rightarrow (0,\infty ), що повiльно змiнюється на нескiнченностi. Обидвi функцiї припускаються вимiрними за Борелем. Зазначимо, що у випадку степеневих функцiй твердження 1 приводить до згаданого вище класичного результату Ж.-Л. Лiонса та С. Г. Крейна. А саме, вони довели, що функцiя \psi (r) \equiv r\theta є iнтерполяцiйним параметром при 0 < \theta < 1. В цьому випадку показник \theta розглядається як числовий параметр iнтерполяцiї. На завершення цього пункту сформулюємо властивiсть iнтерполяцiї, яка буде використана у п. 6 у доведеннях (див. [17], теорема 1.5). Ця властивiсть дозволяє звести iнтерполяцiю прямих сум гiльбертових просторiв до iнтерполяцiї їх доданкiв. Твердження 2. Нехай [X (j) 0 , X (j) 1 ], де j = 1, . . . , p, — скiнченний набiр допустимих пар гiльбертових просторiв. Тодi\biggl[ p\bigoplus j=1 X (j) 0 , p\bigoplus j=1 X (j) 1 \biggr] \psi = p\bigoplus j=1 \bigl[ X (j) 0 , X (j) 1 \bigr] \psi з рiвнiстю норм для кожної функцiї \psi \in \scrB . 6. Доведення. Насамперед зазначимо, що у випадку просторiв Соболєва (\varphi \equiv 1) i \sigma = = 2bl > \sigma 0, де l \in \BbbZ , теорема 1 випливає зi згаданого результату Солоннiкова [3] (теорема 1.2). Дiйсно, з леми 5.1 [31] випливає, що у цьому випадку функцiональнi простори, що фiгурують у теоремi 1.2 [3], збiгаються iз просторами з (13). ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 375 Тепер покажемо, що вiдображення (6) встановлює взаємно однозначну вiдповiднiсть мiж просторами (C\infty + (\Omega ))N i (C\infty + (\Omega ))N \times (C\infty + (S))m, як це стверджувалось у п. 2. Скористаємось теоремою 1 у випадку, про який щойно йшлося. А саме, \varphi \equiv 1 i \sigma = 2bl > > \sigma 0, де l \in \BbbZ . За цiєю теоремою вiдображення (6) є iн’єктивним. Залишилось показати, що (6) є сюр’єктивним. Нехай вектор-функцiя (f, g) належить простору \bigl( C\infty + (\Omega ) \bigr) N \times \bigl( C\infty + (S) \bigr) m . Згiдно з цiєю теоремою iснує єдина вектор-функцiя u \in \bigcap l\in \BbbZ , 2bl>\sigma 0 \scrG 2bl,l + (\Omega ) (19) така, що (A,B)u = (f, g). З (19), згiдно з теоремою вкладення Соболєва, маємо u \in (C\infty + (\Omega ))N (детальнiше див. [31], п. 5). Таким чином, (6) є сюр’єктивним. Отже, (6) є бiєкцiєю. Як зазначалось ранiше, теорему 1 виведемо з результату Солоннiкова [3] (теорема 1.2) методом iнтерполяцiї з функцiональним параметром пар гiльбертових просторiв Соболєва. У роботi [31] встановлено, що простори Хермандера, якi фiгурують у (13), можна отримати iн- терполяцiєю з функцiональним параметром їх соболєвських аналогiв. Для зручностi нагадаємо необхiдний результат. Припустимо, що s, s0, s1, \gamma \in \BbbR , s0 < s < s1, \gamma > 0, i \varphi \in \scrM . (20) Розглянемо функцiю \psi (r) := \Biggl\{ r(s - s0)/(s1 - s0) \varphi (r1/(s1 - s0)) для r \geq 1, \varphi (1) для 0 < r < 1. (21) За твердженням 1 ця функцiя є iнтерполяцiйним параметром, оскiльки вона є правильно змiн- ною функцiєю на нескiнченностi порядку \theta := (s - s0)/(s1 - s0) з 0 < \theta < 1. Далi будемо iнтерполювати пари соболєвських просторiв iз функцiональним параметром \psi . Твердження 3 (лема 7.3 [31]). Додатково до (20) припустимо, що s0 \geq 0 i sj\gamma - 1/2 /\in \BbbZ для кожного j \in \{ 0, 1\} . (22) Тодi правильними є iнтерполяцiйнi формули Hs,s\gamma ;\varphi + (\Omega ) = \bigl[ Hs0,s0\gamma + (\Omega ), Hs1,s1\gamma + (\Omega ) \bigr] \psi (23) i Hs,s\gamma ;\varphi + (S) = \bigl[ Hs0,s0\gamma + (S), Hs1,s1\gamma + (S) \bigr] \psi (24) з точнiстю до еквiвалентностi норм. Доведення теореми 1. Нехай \sigma > \sigma 0 i \varphi \in \scrM . Виберемо цiле \sigma 1 > \sigma так, що \sigma 1/(2b) \in \BbbZ . Згiдно з результатом В. О. Солоннiкова [3] (теорема 1.2), вiдображення (6) продовжується єдиним чином (за неперервнiстю) до iзоморфiзмiв (A,B) : \scrG \sigma k,\sigma k/(2b)+ (\Omega ) \updownarrow \scrH \sigma k,\sigma k/(2b) + (\Omega , S), де k \in \{ 0, 1\} . (25) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 376 В. М. ЛОСЬ (Тут простори означаються, як i у формулi (13) з \sigma := \sigma k i \varphi \equiv 1.) Означимо iнтерполяцiйний параметр \psi за формулою (21), в якiй s := \sigma , s0 := \sigma 0 i s1 := \sigma 1. Iнтерполюючи з функцiональним параметром \psi пари просторiв у (25), отримуємо iзоморфiзм (A,B) : \bigl[ \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ),\scrG \sigma 1,\sigma 1/(2b)+ (\Omega ) \bigr] \psi \updownarrow \bigl[ \scrH \sigma 0,\sigma 0/(2b) + (\Omega , S),\scrH \sigma 1,\sigma 1/(2b) + (\Omega , S) \bigr] \psi . (26) Вiн є звуженням оператора (25) з k = 0. Згiдно з твердженнями 2 i 3 можемо записати\bigl[ \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ),\scrG \sigma 1,\sigma 1/(2b)+ (\Omega ) \bigr] \psi = = N\bigoplus k=1 \bigl[ H \sigma 0+2b\kappa k,(\sigma 0+2b\kappa k)/(2b) + (\Omega ), H \sigma 1+2b\kappa k,(\sigma 1+2b\kappa k)/(2b) + (\Omega ) \bigr] \psi = = N\bigoplus k=1 H \sigma +2b\kappa k,(\sigma +2b\kappa k)/(2b);\varphi + (\Omega ) = \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ) i [\scrH \sigma 0,\sigma 0/(2b) + (\Omega , S),\scrH \sigma 1,\sigma 1/(2b) + (\Omega , S)]\psi = = N\bigoplus j=1 \bigl[ H \sigma 0,\sigma 0/(2b) + (\Omega ), H \sigma 1,\sigma 1/(2b) + (\Omega ) \bigr] \psi \oplus \oplus m\bigoplus j=1 \bigl[ H \sigma 0 - lj - 1/2,(\sigma 0 - lj - 1/2)/(2b) + (S), H \sigma 1 - lj - 1/2,(\sigma 1 - lj - 1/2)/(2b) + (S) \bigr] \psi = = \bigl( H \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ) \bigr) N \oplus m\bigoplus j=1 H \sigma - lj - 1/2,(\sigma - lj - 1/2)/(2b);\varphi + (S) = = \scrH \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega , S). Цi рiвностi просторiв є правильними з точнiстю до еквiвалентностi норм. Таким чином, з iзо- морфiзму (26) отримуємо (13). Цей iзоморфiзм є розширенням за неперервнiстю вiдображення (6), оскiльки множина \bigl( C\infty + (\Omega ) \bigr) N є щiльною у просторi \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ). Теорему 1 доведено. Доведення теореми 2. Насамперед покажемо, що з умови (16) випливає правильнiсть iмплiкацiї u \in \scrG \sigma - \lambda ,(\sigma - \lambda )/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \Rightarrow u \in \scrG \sigma - \lambda +1,(\sigma - \lambda +1)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) (27) для кожного цiлого \lambda \geq 1 такого, що \sigma - \lambda + 1 > \sigma 0. Виберемо довiльну функцiю \chi \in C\infty (\Omega ) з supp\chi \subset \omega \cup \pi 1. Для \chi iснує функцiя \eta \in C\infty (\Omega ) така, що supp \eta \subset \omega \cup \pi 1 i \eta = 1 в околi supp\chi . Переставляючи диференцiальний оператор (A,B) з оператором множення на \chi , можемо записати (A,B)(\chi u) = (A,B)(\chi \eta u) = \chi (A,B)(\eta u) + (A\prime , B\prime )(\eta u) = = \chi (A,B)u+ (A\prime , B\prime )(\eta u) = \chi (f, g) + (A\prime , B\prime )(\eta u). (28) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 377 Тут A\prime := (A\prime j,k(x, t,Dx, \partial t)) N j,k=1 i B\prime := \bigl( B\prime j,k(x, t,Dx, \partial t) \bigr) j=1,...,m k=1,...,N — матричнi диференцiальнi оператори з компонентами A\prime j,k(x, t,Dx, \partial t) := \sum | \alpha | +2b\beta \leq 2b\kappa k - 1 a\alpha ,\beta j,k,1(x, t)D \alpha x\partial \beta t , (29) B\prime j,k(x, t,Dx, \partial t) := \left\{ \sum | \alpha | +2b\beta \leq lj+2b\kappa k - 1 b\alpha ,\beta j,k,1(x, t)D \alpha x\partial \beta t , якщо lj + 2b\kappa k - 1 \geq 0, 0, якщо lj + 2b\kappa k - 1 < 0, (30) де a\alpha ,\beta j,k,1 \in C\infty (\Omega ) i b\alpha ,\beta j,k,1 \in C\infty (S). Цей оператор неперервно дiє у парi просторiв (A\prime , B\prime ) : \scrG s,s/(2b);\varphi + (\Omega ) \rightarrow \scrH s+1,(s+1)/(2b);\varphi + (\Omega , S) (31) для кожного s > \sigma 0 - 1. У випадку, коли \varphi \equiv 1 i другi iндекси не є напiвцiлими, це безпо- середньо випливає з (29), (30), леми 5.1 [31] i вiдомих властивостей анiзотропного простору Соболєва Hs,s/(2b)(\Omega ) (див., наприклад, [43], гл. I, лема 4, та гл. II, теореми 3 i 7). Обмеже- нiсть оператора (31) у загальному випадку безпосередньо випливає з цього випадку на пiдставi твердження 2 та iнтерполяцiйних формул (23) i (24). З умови (16) маємо включення \chi (f, g) \in \scrH \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega , S). Крiм того, згiдно з (31) з s := \sigma - \lambda , має мiсце iмплiкацiя u \in \scrG \sigma - \lambda ,(\sigma - \lambda )/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \Rightarrow (A\prime , B\prime )(\eta u) \in \scrH \sigma - \lambda +1,(\sigma - \lambda +1)/(2b);\varphi + (\Omega , S). Тому, використовуючи (28) i наслiдок 1, можемо записати u \in \scrG \sigma - \lambda ,(\sigma - \lambda )/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \Rightarrow \Rightarrow (A,B)(\chi u) \in \scrH \sigma - \lambda +1,(\sigma - \lambda +1)/(2b);\varphi + (\Omega , S) \Rightarrow \Rightarrow \chi u \in \scrG \sigma - \lambda +1,(\sigma - \lambda +1)/(2b);\varphi + (\Omega ). Зазначимо, що тут наслiдок 1 є застосовним, оскiльки \chi u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) за умовою теореми i \sigma - \lambda + 1 > \sigma 0. Тим самим iмплiкацiю (27) доведено, якщо зважити на зроблений вибiр функцiї \chi . Використаємо цю iмплiкацiю для доведення включення u \in \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1). Розглянемо окремо випадки \sigma /\in \BbbZ i \sigma \in \BbbZ . Нехай спочатку \sigma /\in \BbbZ . У цьому випадку iснує цiле число \lambda 0 \geq 1 таке, що \sigma - \lambda 0 < \sigma 0 < \sigma - \lambda 0 + 1. (32) Використовуючи iмплiкацiю (27) послiдовно для значень \lambda := \lambda 0, \lambda := \lambda 0 - 1,. . . , \lambda := 1, виводимо необхiдне включення ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 378 В. М. ЛОСЬ u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) \subset \scrG \sigma - \lambda 0,(\sigma - \lambda 0)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \Rightarrow \Rightarrow u \in \scrG \sigma - \lambda 0+1,(\sigma - \lambda 0+1)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \Rightarrow . . . . . . \Rightarrow u \in \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1). Зауважимо, що u \in \scrG \sigma 0,\sigma 0/(2b)+ (\Omega ) за умовою теореми. Нехай тепер \sigma \in \BbbZ . У цьому випадку не iснує цiлого числа \lambda 0, що задовольняє (32). Але оскiльки \sigma - 1/2 /\in \BbbZ i \sigma - 1/2 > \sigma 0, то, як доведено у попередньому випадку, має мiсце включення u \in \scrG \sigma - 1/2,(\sigma - 1/2)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1). Звiдси, використовуючи iмплiкацiю (27) з \lambda := 1, виводимо потрiбне включення, а саме u \in \scrG \sigma - 1/2,(\sigma - 1/2)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \subset \scrG \sigma - 1,(\sigma - 1)/(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1) \Rightarrow \Rightarrow u \in \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi +,loc (\omega , \pi 1). Теорему 2 доведено. Щоб вивести теорему 3 з теореми 2, скористаємось наступною версiєю теореми вкладення Хермандера [9] (теорема 2.2.7). Твердження 4 (лема 8.1 [31]). Нехай p \in \BbbZ , p \geq 0, s := p + b + n/2 та \varphi \in \scrM . Тодi правильними є такi твердження: (i) Якщо \varphi задовольняє умову \infty \int 1 dr r \varphi 2(r) <\infty , (33) то кожна функцiя w \in Hs,s/(2b);\varphi (\BbbR n+1) має таку властивiсть: всi її узагальненi частиннi похiднi D\alpha x\partial \beta t w(x, t) з 0 \leq | \alpha | + 2b\beta \leq p є неперервними на \BbbR n+1. (ii) Нехай V — непорожня вiдкрита пiдмножина \BbbR n+1 i цiле k таке, що 1 \leq k \leq n. Якщо кожна функцiя w \in Hs,s/(2b);\varphi (\BbbR n+1) з \mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{p}w \subset V задовольняє умову \partial jw/\partial xjk \in C(\BbbR n+1) для кожного j \in \BbbZ з 0 \leq j \leq p, то \varphi задовольняє умову (33). Доведення теореми 3. Виберемо довiльним чином точку M \in \omega \cup \pi 1. Нехай функцiя \chi \in C\infty (\Omega ) задовольняє такi умови: supp\chi \subseteq \omega \cup \pi 1 i \chi = 1 в деякому околi V (M) \subseteq \Omega точки M. Згiдно з теоремою 2 маємо включення \chi u \in \scrG \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ), де \sigma = p+ b+ n/2 - 2b\kappa k. Це включення означає, що \chi uk \in H \sigma ,\sigma /(2b);\varphi + (\Omega ), де \sigma = p + b + n/2. Отже, iснує така функцiя w \in H\sigma ,\sigma /(2b);\varphi (\BbbR n+1), що w = \chi uk = uk на множинi V (M). Згiдно з твердженням 4(i), кожна узагальнена частинна похiдна D\alpha x\partial \beta t w(x, t), де 0 \leq | \alpha | + 2b\beta \leq p, є неперервною на \BbbR n+1. Таким чином, похiдна D\alpha x\partial \beta t uk(x, t) є неперервною в околi V (M) точки M. Оскiльки точка M \in \omega \cup \pi 1 є довiльною, то ця похiдна є неперервною на \omega \cup \pi 1. Теорему 3 доведено. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 ПАРАБОЛIЧНI ЗА ПЕТРОВСЬКИМ СИСТЕМИ У ПРОСТОРАХ ХЕРМАНДЕРА 379 Лiтература 1. Агранович М. С., Вишик М. И. Эллиптические задачи с параметром и параболические задачи общего вида // Успехи мат. наук. – 1964. – 19, № 3. – С. 53 – 161. 2. Солонников В. А. О краевых задачах для линейных параболических систем дифференциальных уравнений общего вида // Труды Мат. ин-та АН СССР. – 1965. – 83. – С. 3 – 163. 3. Солонников В. А. Об оценках в Lp решений эллиптических и параболических систем // Труды Мат. ин-та АН СССР. – 1967. – 102. – С. 137 – 160. 4. Ладыженская О. А., Солонников В. А., Уральцева Н. Н. Линейные и квазилинейные уравнения параболического типа. – М.: Наука, 1967. – 736 с. 5. Lions J.-L., Magenes E. Non-homogeneous boundary-value problems and applications. – Berlin: Springer, 1972. – Vol. II. – xi+242 p. 6. Ивасишен С. Д. Матрицы Грина параболических граничных задач. – Киев: Вища шк., 1990. – 200 с. 7. Eidel’man S. D. Parabolic equations // Encycl. Math. Sci. Vol. 63. Partial Different. Equat., VI. – Berlin: Springer, 1994. – P. 205 – 316. 8. Eidel’man S. D., Zhitarashu N. V. Parabolic boundary value problems. – Basel: Birkhäuser, 1998. – xii+298 p. 9. Hörmander L. Linear partial differential operators. – Berlin: Springer, 1963. – 285 p. (Рус. перевод: Хермандер Л. Линейные дифференциальные операторы с частными производными. – М.: Мир, 1965. – 380 с.) 10. Лизоркин П. И. Пространства обобщенной гладкости // Теория функциональных пространств / Х. Трибель. – М.: Мир, 1986. – С. 381 – 415. 11. Paneah B. The oblique derivative problem. The Poincaré problem.– Berlin: Wiley-VCH, 2000. – 348 p. 12. Triebel H. The structure of functions. – Basel: Birkhäuser, 2001. – xii+425 p. 13. Farkas W., Leopold H.-G. Characterisations of function spaces of generalized smoothness // Ann. mat. pura ed appl. – 2006. – 185, № 1. – P. 1 – 62. 14. Nicola F., Rodino L. Global pseudodifferential calculas on Euclidean spaces. – Basel: Birkhäuser, 2010. – xi+306 p. 15. Mikhailets V. A., Murach A. A. Interpolation Hilbert spaces between Sobolev spaces // Res. Math. – 2015. – 67, № 1. – P. 135 – 152. 16. Mikhailets V. A., Murach A. A. The refined Sobolev scale, interpolation, and elliptic problems // Banach J. Math. Anal. – 2012. – 6, № 2. – P. 211 – 281. 17. Mikhailets V. A., Murach A. A. Hörmander spaces, interpolation, and elliptic problems. – Berlin: De Gruyter, 2014. – xiv+297 p. 18. Mikhailets V. A., Murach A. A. Refined scales of spaces and elliptic boundary-value problems. I // Ukr. Math. J. – 2006. – 58, № 2. – P. 244 – 262. 19. Mikhailets V. A., Murach A. A. Refined scale of spaces, and elliptic boundary-value problems. II // Ukr. Math. J. – 2006. – 58, № 3. – P. 398 – 417. 20. Mikhailets V. A., Murach A. A. Refined scale of spaces, and elliptic boundary-value problems. III // Ukr. Math. J. – 2007. – 59, № 5. – P. 744 – 765. 21. Murach A. A. Elliptic pseudo-differential operators in a refined scale of spaces on a closed manifold // Ukr. Math. J. – 2007. – 59, № 6. – P. 874 – 893. 22. Mikhailets V. A., Murach A. A. An elliptic boundary-value problem in a two-sided refined scale of spaces // Ukr. Math. J. – 2008. – 60, № 4. – P. 574 – 597. 23. Mikhailets V. A., Murach A. A. Interpolation with a function parameter and refined scale of spaces // Meth. Funct. Anal. and Top. – 2008. – 14, № 1. – P. 81 – 100. 24. Сенета Е. Правильно меняющиеся функции. – М.: Наука, 1985. – 144 с. 25. Los V., Murach A. A. Parabolic problems and interpolation with a function parameter // Meth. Funct. Anal. and Top. – 2013. – 19, № 2. – P. 146 – 160. 26. Лось В. Н., Мурач А. А. Параболические смешанные задачи в пространствах обобщенной гладкости // Доп. НАН України. – 2014. – № 6. – С. 23 – 31. 27. Los V. M. Mixed problems for the two-dimensional heat-conduction equation in anisotropic Hörmander spaces // Ukr. Math. J. – 2015. – 67, № 5. – P. 735 – 747. 28. Los V. M. Anisotropic Hörmander spaces on the lateral surface of a cylinder // J. Math. Sci. – 2016. – 217, № 4. – P. 456 – 467. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3 380 В. М. ЛОСЬ 29. Los V., Murach A. Isomorphism theorems for some parabolic initial-boundary value problems in Hörmander spaces // Open Math. – 2017. – 15. – P. 57 – 76. 30. Los V. M. Theorems on isomorphism for some parabolic initial-boundary-value problems in Hörmander spaces: limiting case // Ukr. Math. J. – 2016. – 68, № 6. – P. 894 – 909. 31. Los V., Mikhailets V. A., Murach A. A. An isomorphism theorem for parabolic problems in Hörmander spaces and its applications // Communs Pure and Appl. Anal. – 2017. – 16, № 1. – P. 69 – 97. 32. Лось В. М. Класичнi розв’язки параболiчних початково-крайових задач i простори Хермандера // Укр. мат. журн. – 2016. – 68, № 9. – С. 1229 – 1239. 33. Лось В. М. Достатнi умови класичностi розв’язкiв загальних параболiчних початково-крайових задач // Укр. мат. журн. – 2016. – 68, № 11. – С. 1518 – 1527. 34. Los V. M., Mikhailets V. A., Murach A. A. General parabolic initial-boundary value problems in Hörmander spaces // arXiv:1610.06862. 35. Лось В. М. Параболiчнi мiшанi задачi для систем Петровського в просторах узагальненої гладкостi // Доп. НАН України. – 2014. – № 10. – С. 24 – 32. 36. Петровский И. Г. Избранные труды. Системы уравнений с частными производными. Алгебраическая геомет- рия. – М.: Наука, 1986. – 504 с. 37. Волевич Л. Р., Панеях Б. П. Некоторые пространства обобщенных функций и теоремы вложения // Успехи мат. наук. – 1965. – 20, № 1. – С. 3 – 74. 38. Foiaş C., Lions J.-L. Sur certains théorèmes d’interpolation // Acta Sci. Math. Szeged. – 1961. – 22. – P. 269 – 282. 39. Krein S. G., Petunin Yu. L., Semenov E. M. Interpolation of linear operators // Transl. Math. Monogr. – Providence, R.I.: Amer. Math. Soc., 1982. – 54. 40. Lions J.-L., Magenes E. Non-homogeneous boundary-value problems and applications. – Berlin: Springer, 1972. — Vol. I. 41. Bergh J., Löfström J. Interpolation spaces // Grundlehren math. Wiss. – Berlin: Springer, 1976. – Bd 223. 42. Karamata J. Sur certains “Tauberian theorems” de M. M. Hardy et Littlewood // Mathematica (Cluj). – 1930. – 3. – P. 33 – 48. 43. Слободецкий Л. Н. Обобщенные пространства С. Л. Соболева и их приложение к краевым задачам для дифференциальных уравнений в частных производных // Учен. зап. Ленингр. гос. пед. ин-та. – 1958. – 197. – С. 54 – 112. Одержано 26.10.16 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2017, т. 69, № 3
id umjimathkievua-article-1702
institution Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-03-24T02:10:57Z
publishDate 2017
publisher Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv umjimathkievua/35/e53cd7c0503436f0962f822572a58735.pdf
spelling umjimathkievua-article-17022019-12-05T09:24:16Z Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces Параболічні за Петровським системи у просторах Хермандера Los’, V. M. Лось, В. М. We study a general parabolic initial-boundary-value problem for systems parabolic in Petrovskii’s sense with zero initial Cauchy data in some anisotropic H¨ormander inner-product spaces.We prove that the operators corresponding to this problem are isomorphisms between the appropriate H¨ormander spaces. As an application of this result, we establish a theorem on the local increase in regularity of solutions of the problem. We also obtain new sufficient conditions of continuity for the generalized partial derivatives of a given order of a chosen component of the solution. Исследуется общая начально-краевая задача для параболических по Петровскому систем с нулевыми начальными данными Коши в некотoрых анизотропных пространствах Хермандера. Доказано, что операторы, соответствующие этой задаче, являются изоморфизмами между подходящими пространствами Хермандера. Как применение этого результата доказана теорема о локальном повышении регулярности решения задачи и получены новые достаточные условия непрерывности обобщенных частных производных заданного порядка выбранной компоненты вектор-функции решения. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 2017-03-25 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1702 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 69 No. 3 (2017); 365-380 Український математичний журнал; Том 69 № 3 (2017); 365-380 1027-3190 uk https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1702/684 Copyright (c) 2017 Los’ V. M.
spellingShingle Los’, V. M.
Лось, В. М.
Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces
title Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces
title_alt Параболічні за Петровським системи у просторах Хермандера
title_full Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces
title_fullStr Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces
title_full_unstemmed Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces
title_short Systems parabolic in Petrovskii&#039;s sense in Hörmander spaces
title_sort systems parabolic in petrovskii&#039;s sense in hörmander spaces
url https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/1702
work_keys_str_mv AT losvm systemsparabolicinpetrovskii039ssenseinhormanderspaces
AT losʹvm systemsparabolicinpetrovskii039ssenseinhormanderspaces
AT losvm parabolíčnízapetrovsʹkimsistemiuprostorahhermandera
AT losʹvm parabolíčnízapetrovsʹkimsistemiuprostorahhermandera