Phương trình toán tử nửa đơn điệu

Một phần của tài liệu Toán tử nửa đơn điệu trong không gian banach và ứng dụng (Trang 30 - 34)

Trong phần này, chúng ta xét sự tồn tại nghiệm của phương trình toán tử A(u, u) =g.

Định lý 2.8. Cho E là không gian Banach thực. A : E∗∗ ×E∗∗ → E∗

là toán tử nửa đơn điệu và A(u,·) là liên tục hữu hạn chiều với mỗi

u ∈ E∗∗. Giả sử

limkuk→∞hA(u, u), ui > 0.

Khi đó A(u, u) = 0 có nghiệm trong E∗∗.

Chứng minh. Theo Định lý 2.4, tồn tại w0 ∈ E∗∗, sao cho

hA(w0, w0), u −w0i ≥ 0, ∀u ∈ E∗∗.

Đặt u = v +w0, ta có

hA(w0, w0), vi ≥ 0, ∀v ∈ E∗∗,

hay A(w0, w0) = 0. Điều phải chứng minh.

Hệ quả 2.1. Cho E là không gian Banach thực. A : E∗∗ ×E∗∗ → E∗

là toán tử nửa đơn điệu và A(u,·) là liên tục hữu hạn chiều với mỗi

u ∈ E∗∗. Giả sử điều kiện sau luôn đúng:

lim

kuk→∞

hA(u, u), ui

kuk = +∞,

khi đó A(u, u) : E∗∗ →E∗ là toàn ánh.

Chứng minh. Với mỗi p∗ ∈ E∗, đặt A1(u, v) = A(u, v)−p∗. Khi đó A1 thỏa mãn các điều kiện của Định lý 2.8, vì vậy A1(u, u) = 0 có nghiệm trong E∗∗, nghĩa là A(u, u) = p∗ có nghiệm.

Định lý 2.9. ChoE là không gian Banach phản xạ thực. A: E×E → E∗

là ánh xạ nửa đơn điệu và A(u,·) là liên tục hữu hạn chiều với mỗi

u ∈ E. Giả sử điều kiện sau luôn đúng:

lim

kuk→∞

hA(u, u), ui

kuk = +∞,

khi đó, A(u, u) : E →E∗ là toàn ánh.

Chứng minh. Do E ⊂ E∗∗ nên E ×E ⊂ E∗∗×E∗∗. Áp dụng Định lý 2.5 và Hệ quả 2.1 ta có điều phải chứng minh.

Định lý 2.10. Cho E là không gian Banach thực. A : E∗∗ ×E∗∗ → E∗

là ánh xạ nửa đơn điệu và A(u,·) là liên tục hữu hạn chiều với mỗi

u ∈ E∗∗, f : E → E∗ là ánh xạ hoàn toàn liên tục. Giả sử điều kiện sau đúng:

lim

kuk→∞

hA(u, u) +f (u), ui > 0.

Khi đó, A(u, u) +f (u) = 0 có nghiệm trong E.

Chứng minh. Cho F ⊂ E∗∗ là không gian con hữu hạn chiều. Xét phương trình toán tử

A(u, u) +f (u) = 0

trên F, nghĩa là ta hạn chế A và f trên không gian con F. Theo giả thiết, ta có

lim

kuk→∞, u∈F

hA(u, u) +f (u), ui > 0.

Vì F là không gian hữu hạn chiều, ta có thể giả sử rằng F là không gian Hilbert và coi A và f ánh xạ không gian con F vào chính nó. Thật vậy,

Bậc Brouwerdeg (A+f, B(0, r),0) = 1vớirđủ lớn, trong đó B(0, r)

là hình cầu mở với bán kính r trong F. Do đó, tồn tại u0 ∈ F sao cho

A(u0, u0) + f (u0) = 0, trong F∗. (2.4) Nhân (2.4) với v −u0, ta thu được:

hA(u0, u0) +f (u0), v−u0i = 0, ∀v ∈ F. Do hA(u0, v), v−u0i ≥ hA(u0, u0), v−u0i, ta có hA(u0, v) +f (u0), v−u0i ≥ 0, ∀v ∈ F. (2.5) Kí hiệu

F = {F ⊂ E∗∗ là không gian con hữu hạn chiều}

WF = {u ∈ E∗∗, kuk ≤ r và u thỏa mãn (2.5)}.

Với F ∈ F, đặt W∗F là bao đóng yếu* của WF trong E∗∗. Dễ dàng thấy rằng {W∗F, F ∈ F } có giao hữu hạn, vì thế ta có \ F∈F W∗F 6= ∅. Lấy w0 ∈ T F∈F

W∗F, với bất kì v ∈ E, lấy F ∈ F, sao cho v ∈ F, tồn tại

wj ∈ WF sao cho wj * w0. Theo (2.5), ta có

Theo tính chất hoàn toàn liên tục của A(·, v) và f, ta có

A(wjk, v) →A(w0, v), f (wjk) →f (w0) khi jk → ∞

với một dãy con {jk} nào đó. Do đó

hA(w0, w0 + tu) +f (w0), ui ≥ 0, ∀u ∈ E, t > 0.

Cho t →0+, ta được

hA(w0, w0) +f(w0, ui ≥ 0, ∀u ∈ E.

Từ đó A(w0, w0) +f (w0) = 0. Định lý được chứng minh.

Định lý 2.11. Cho E là không gian Banach thực. A : E∗∗ ×E∗∗ → E∗

là ánh xạ nửa đơn điệu và A(u,·) là không gian hữu hạn chiều với mỗi

u ∈ E∗∗, f : E∗∗ → E∗ là ánh xạ hoàn toàn liên tục. Giả sử điều kiện sau được thỏa mãn:

lim

kuk→∞

hA(u, u) + f (u), ui

kuk = +∞.

Khi đó A(u, u) +f (u) = p∗ có nghiệm trong E∗∗ với bất kì p∗ ∈ E∗.

Chứng minh. Với bất kì p∗ ∈ E∗, đặt f1(u) = f (u)−p∗, u ∈ E. Khi đó A, f1 thỏa mãn các điều kiện của Định lý 2.10, vì A(u, u)+f1(u) = 0

có nghiệm trong E nên A(u, u) +f (u) =p∗ có nghiệm trong E∗∗.

Khi E là phản xạ, dùng chứng minh tương tự Định lý 2.10 và Định lý 2.11, ta có được điều sau

Định lý 2.12. Cho E là không gian Banach phản xạ thực. A: E×E → E∗ là một ánh xạ nửa đơn điệu và A(u,·) là liên tục hữu hạn chiều với

mỗi u ∈ E, f : E → E∗ là ánh xạ hoàn toàn liên tục. Giả sử điều kiện sau được thỏa mãn:

lim

kuk→∞

hA(u, u) +f (u), ui > 0,

khi đó A(u, u) +f (u) = 0 có nghiệm trong E.

Định lý 2.13. Cho E là không gian Banach phản xạ thực. A: E×E → E∗ là toán tử nửa đơn điệu và A(u,·) là liên tục hữu hạn chiều với mỗi

u ∈ E, f : E → E∗ là một ánh xạ hoàn toàn liên tục. Giả sử điều kiện sau được thỏa mãn:

lim

kuk→∞

hA(u, u) + f (u), ui

kuk = +∞,

khi đó A(u, u) +f (u) =p∗ có nghiệm trong E với mọi p∗ ∈ E∗.

Một phần của tài liệu Toán tử nửa đơn điệu trong không gian banach và ứng dụng (Trang 30 - 34)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(46 trang)