Inegalitatea lui Sobolev

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În matematică , în special în domeniul analizei matematice , o inegalitate Sobolev se încadrează într-o clasă de inegalități , numită după Sobolev , referitoare la normele definite în spațiile Sobolev . Ele sunt folosite pentru a demonstra teorema de imersie a lui Sobolev (la incluziuni între unele spații Sobolev ) și teorema lui Rellich-Kondrakov (conform căreia, în condiții ușor mai puternice, unele spații Sobolev sunt conținute compact în altele).

Teorema de imersiune a lui Sobolev

Indicați cu spațiul Sobolev al unui distribuitor Riemannian compact de dimensiune n , un spațiu care, pe scurt, constă din funcții ale căror prime k derivate sunt în . În acest context k poate fi orice număr întreg negativ e . (Pentru spațiul Sobolev este definit ca spațiul Hölder unde este Și , iar m este un număr întreg.) Teorema de imersiune a lui Sobolev afirmă că dacă Și:

asa de:

iar această incluziune este continuă. De asemenea dacă Și atunci includerea este complet continuă . Această proprietate este uneori numită teorema lui Kondrakov . Funcțiile din toate derivatele de ordin mai mic decât l au continuu, iar această condiție implică faptul că în spațiile Sobolev diverse derivate sunt continue. În mod informal aceste incluziuni spun că convertirea unei estimări în într-o estimare de limitare costă 1 / p derivate pentru fiecare dimensiune.

Există alte variații ale teoremei de imersie pentru varietăți necompacte, cum ar fi .

Inegalitatea Gagliardo-Nirenberg-Perugini-Sobolev

Este o funcție continuă și diferențiată cu suport compact de la la . Atunci pentru există o constantă astfel încât:

unde este:

este numărul numit Sobolev conjugat de p .

Constantele optime

În inegalitatea Gagliardo-Nirenberg-Sobolev poate fi interesant să cunoaștem valorile constantelor optime, adică cele mai mici constante care verifică inegalitatea și să putem găsi funcții care să verifice egalitatea. Este , apoi reține:

cu:

Mai mult, egalitatea dacă este de forma:

cu adecvat pozitiv.

Funcția gamma apare în teoremă. Funcțiile care realizează egalitatea sunt radial simetrice , conform inegalității Pólya-Szegő . De fapt, dacă vrem să încercăm să micșorăm norma de gradient a unei funcții, putem lua în considerare rearanjarea sa radială .

Cazul în schimb este puțin diferit. În acest caz

Se poate observa că, în general, constanta optimă poate fi găsită pentru scufundarea în .

De fapt, urmează următoarea teoremă. Este , asa de:

De asemenea, nu există funcții în care aduc egalitate. Se observă că constanta care apare în teoremă este exact aceeași care apare în inegalitatea izoperimetrică .

Lemă Hardy-Littlewood-Sobolev

Dovada originală a lui Sobolev a teoremei de imersiune s-a bazat pe lema Hardy-Littlewood-Sobolev, un rezultat numit uneori teorema de integrare Hardy-Littlewood-Sobolev (fracționată) . Există, de asemenea, o propoziție echivalentă cunoscută sub numele de lema lui Sobolev . Este Și . Spus potențialul lui Riesz pe , apoi pentru q definit de:

există o constantă dependent doar de p astfel încât:

Inegalitatea Nash

Introdusă de John Nash în 1958, inegalitatea stabilește existența unei constante astfel încât pentru fiecare apare:

Este o relație care rezultă din proprietățile transformatei Fourier . Integrarea pe complementul sferei de rază , din teorema lui Parseval rezultă:

Pe de altă parte, avem:

decât integrarea pe sfera razei oferă:

unde este este volumul sferei n- . Dacă alegeți pentru a minimiza suma celor două integrale anterioare și din nou folosind teorema lui Parseval:

se obține inegalitatea.

Inegalitatea Morrey

Este . Apoi, există o constantă , care depinde doar de p și n , astfel încât:

pentru fiecare , unde este:

Cu alte cuvinte, dacă asa de este continuă conform lui Hölder (cu exponent ), după ce a fost posibil redefinit pe un set de măsuri zero.

Un rezultat similar este valabil într-un domeniu limitat cu margine ; în acest caz se aplică următoarele:

unde constanta depinde de n , p și . Această versiune a inegalității rezultă din cea precedentă printr-o extensie (care păstrează norma) de din la .

Inegalități generale Sobolev

Este un subgrup limitat și deschis de , cu o garnitură elegantă . Asuma ca .

  • De sine asa de , unde este:
Avem și estimarea:
unde constanta depinde doar de k , p , n și .
  • De sine asa de aparține spațiului Holder , unde este:
de sine nu este un număr întreg sau este orice număr pozitiv mai mic de 1, dacă este un întreg.
Avem și estimarea:
unde constanta depinde doar de k , p , n , Și .

Caz

De sine , asa de este o funcție cu oscilație medie limitată și:

pentru unele constante care depinde doar de n . Această estimare este un corolar al inegalității Poincaré .

Bibliografie

  • G.Talenti, „Cea mai bună constantă în inegalitatea lui Sobolev”, Analele matematicii pure și aplicate, volumul 110 (1976), pp. 353–376.
  • ( EN ) OV Besov, și colab., "Teoria încorporării claselor funcțiilor diferențiate ale mai multor variabile", Ecuații diferențiale parțiale , Moscova (1970) pp. 38–63
  • ( EN ) SM Nikol'skii, Despre teoreme de încorporare, continuare și aproximare pentru funcții diferențiate ale mai multor variabile Matematica rusă. Surveys, 16: 5 (1961) pp. 55–104 Uspekhi Mat. Nauk, 16: 5 (1961) pp. 63-114
  • ( EN ) SM Nikol'skii, Aproximarea funcțiilor mai multor variabile și încorporarea teoremelor , Springer (1975)
  • ( EN ) Lawrence C. Evans, Ecuații diferențiale parțiale , American Mathematical Society, 1998, ISBN 0-8218-0772-2 .

Elemente conexe

linkuri externe

Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică