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Nonlinear Evolution Equations

de Boling GUO (auteur), Fei CHEN (auteur), Jing SHAO (auteur), Ting LUO (auteur)
octobre 2023
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Présentation

The book introduces the existence, uniqueness, regularity and the long time behavior of solutions with respect to space and time, and the explosion phenomenon for some evolution equations, including the KdV equation, the nonlinear Schrödinger equation, the sine-Gordon equation, the Zakharov equations, the Landau-Lifshitz equations, the Boussinesq equation, the Navier-Stokes equations and the Newton-Boussinesq equations etc., as well as the basic concepts and research methods of infinite-dimensional dynamical systems. This book presents fundamental elements and important advances in nonlinear evolution equations. It is intended for senior university students, graduate students, postdoctoral fellows and young teachers to acquire a basic understanding of this field, while providing a reference for experienced researchers and teachers in natural sciences and engineering technology to broaden their knowledge.

Sommaire

Chapter 1 Physical Backgrounds for Some Nonlinear Evolution

Equations .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 The wave equation under weak nonlinear action and KdV equation. . . . . .2

1.2 Zakharov equations and the solitons in plasma . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 10

1.3 Landau-Lifshitz equations and the magnetized motion. . . . . . . . . . . . . .. . . .19

1.4 Boussinesq equation, Toda Lattice and Born-Infeld equation . . . . . . . . . .. 22

1.5 2D K-Pequation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Chapter 2 The Properties of the Solutions for Some Nonlinear

Evolution Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 29

2.1 The smooth solution for the initial-boundary value problem of nonlinear

Schrödin gerequation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 30

2.2 The existence of the weak solution for the initial-boundary value problem

of generalized Landau-Lifshitz equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 34

2.2.1 The basic estimates of the linear parabolic equations . . . . . . . . . . . . . . .. . 34

2.2.2 The existence of the spin equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 36

2.2.3 The existence of the solution to the initial-boundary value problem of the

generalized Landau-Lifshitz equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 39

2.3 The large time behavior for generalized KdV equation . . . . . . . . . . . . . . .. . 42

2.4 The decay estimates for the weak solution of Navier-Stokes equations . . 60

2.5 The “blowing up” phenomen on for the Cauchy problem of nonlinear

Schrödin gerequation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 71

2.6 The “blow up” problem for the solutions of some semi-linear parabolic and

hyperbolic equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .78

2.7 The smoothness of the weak solutions for Benjamin-Ono equation . . . . . . 93

Chapter 3 Some Results for the Studies of Some Nonlinear Evolution

Equations .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .105

3.1Nonlinear wave equations and nonlinear equations. . . . . .. . 105

3.2 KdV equation, etc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.3 Landau-Lifshitz equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Chapter 4 Similarity Solution and the Painlevé Property for Some

Nonlinear Evolution Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

4.1Classical infinitesimal transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 142

4.2 Structure of Lie algebra for infinitesimal operator. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 156

4.3 Non classical infinitesimal transformations. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 158

4.4 A direct method for solving similarity solutions . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 163

4.5 The Painlevé properties for some PDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 173

Chapter 5 Infinite Dimensional Dynamical Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . .182

5.1Infinite dimensional dynamical systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 183

5.2 Some problems for infinite dimensional dynamical systems . . . . . . . . . . . . 187

5.3 Global attractor and its Hausdorff, fractal dimensions. . . . . . . . . . . . . . . .. 196

5.4 Global attractor and the bounds of Hausdorff dimensions for weak

damped KdV equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 206

5.4.1Uniform a priori estimation with respect to t. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 207

5.5 Global attractor and the bounds of Hausdorff dimensions for weak

damped nonlinear Schrödinger equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 217

5.5.1Uniform a priori estimation with respect to t. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 218

5.5.2Transforming to Cauchy problem of the operator . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 221

5.5.3 The existence of bounded absorbing set of H1 modular . . . . . . . . . . . . . .224

5.5.4 The existence of bounded absorbing set of H2 modular . . . . . . . . . . . . . .225

5.5.5 Nonlinear semi-group and long-time behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 228

5.5.6 The dimension of invariant set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 231

5.6 Global attractor and the bounds of Hausdorff, fractal dimensions for

damped nonlinear wave equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 238

5.6.1Linear wave equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 238

5.6.2Nonlinear wave equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 243

5.6.3 The maximal attractor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 250

5.6.4 Dimension of the maximal attractor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 253

5.6.5 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

5.6.6 Non-autonomous system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 265

5.7 Inertial manifold for one class of nonlinear evolution equations. . . . . . . .269

5.8 Approximate inertial manifold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 287

5.9 Nonlinear Galerkin method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 296

5.10 Inertial set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

Chapter 6 Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

6.1 Basic notation and functional space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 345

6.2 Sobolevembedding theorem and interpolation formula . . . . . . . . . . . . . . . . 348

6.3 Fixed point theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 365

 

Compléments

Caractéristiques

Langue(s) : Anglais

Public(s) : Recherche, Etudiants

Editeur : EDP Sciences & Science Press

Publication : 30 octobre 2023

EAN13 (papier) : 9782759834488

Référence eBook [PDF] : L34495

EAN13 eBook [PDF] : 9782759834495

Intérieur : Noir & blanc

Nombre de pages eBook [PDF] : 372

Taille(s) : 22 Mo (PDF)

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