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与广义Baouendi-Grushin向量场相关的L~p加权Hardy型不等式

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2013焦 赣南师范学院学报 No.3 第三期 Journal of Gannan Normal University June.2013 与广义Baouendi—Grushin 向量场相关的 加权Hardy型不等式 廖冬妮 ,王家林 ,喻泽峰 ,吴诗敏b (赣南师范学院a数学与计算机科学学院;b物理与电子信息学院,江西赣州341000) 摘要:研究与广义Baouendi—Grushin向量场相关的Lp加权Hardy型不等式.注意到已有结果通常对p 为:1<P<Q或1<P<Q+ ,O/E ,其中Q为齐次维数.本文通过改进K0mbe的证明技巧,对1<P<+∞(p≠Q + )和P=Q+ 分别建立相应加权Hardy型不等式. 关键词:广义Baouendi—Grushin算子;加权Hardy型不等式;非H6rmander向量场 中图分类号:0175.2 文献标志码:A 文章编号:1004—8332(2013)03—0063—04 1 引言 我们知道,Hardy不等式及其推广形式在数学的许多领域起着重要作用. 的经典Lp(1<P<凡)Hardy不 等式为: f V咖I d ( ) dx,其中咖E (尺 {o},并且常数( ) 是最佳的…. 近年来,有大量文献研究次Riemann空间上的Hardy型不等式 。。,这些不等式在线性和非线性偏微分 方程的研究中扮演着重要的角色.在Heisenberg群 情形,Garofalo和Lanconelli在文献[4]中建立了己 . Hardy型不等式: 『V 咖J dzd ( 手) l咖f ( 告)出dt,其中Q=2几+2为 的齐次维数.后 来,P.Niu等人在文献[5]中得到了 上Lp(1<P<Q)Hardy型不等式.Y.Jin[ 则在更广泛的H.type群 上建立了 加权Hardy型不等式.最近,Y.Jin和S.Shen[7 在更一般的Carnot群上证明了一类加权的 一 Hardy型不等式. 众所周知,包含Heisenberg群和H—type群的Carnot群,其上向量场满足Hi3mrander条件和左不变的性 质.然而,广义Baouendi—Grushin(后面简称B—G)向量场不具备这两个好的性质.因此广义B.G向量场与 Camot群上的向量场有本质区别.P.Niu等人在文献[8]中利用Picone型恒等式的方法研究了与B G向量 场相关的 (1<p<Q)Hardy型不等式: + f V 咖l dzdt ( ) …f咖 V l 出d , (1.1) 其中 E c (R” \{0},Q为齐次维数,V 为广义梯度(见(2.2)).我们也注意到文献[9]考虑了P=Q时的 Hardy型不等式.后来,Kombe¨。。建立了如下加权的 (1<p<Q+Ot)Hardy型不等式: 上 + l 7 咖『  lV l “ df≥( ±詈_二二 ) l咖 V f 出 (1.2) 显然,当(1.2)中的 = =0时,即得不等式(1.1). 注意到:Hardy型不等式(1.1)对P的范围为1<p<Q,加权Hardy型不等式(1.2)对P的范围 十收稿日期:2013—05—15 网络出版日期:2013—06—09 基金项目:国家自然科学基金资助项目(11126294);江西省教育厅科技计划项目(GJJ13657) 作者简介:廖冬妮(1983一),女,赣南师范学院数学与计算机科学学院讲师,硕士,主要研究方向:泛函分析;王家林(1981一),男,赣南 师范学院数学与计算机科学学院,副教授,博士,主要研究方向:偏微分方程理论及其应用. 网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/36.1037.C.20130609.1050.016.html 64 _——————————赣南师范学院学报 ———————————————————————————————————一2013年  为1<p<Q+ .我们自然会问:当p>-Q+ 时,相应的Hardy型不等式如何建立?因此,本文的目标是对 1<p<+∞情形,建立与广义B-G向量场相关的LP加权Hardy型不等式・ 本文结构如下:在第二节,介绍广义B.G向量场的相关基础知识.第三节建立1<p≠Q+ 时的LP加权 Hardy型不等式.最后一节致力于p=Q+O/>1时Hardy型不等式的建立. 2预备知识 广义B-G向量场定义如下: z = , = 一,n, =l l 蠹, >0 一,m, 相应的广义梯度记为 (2・ ’ V =(毒,…, l 蠹,… l ), 次Laplace算子为 :(2・2) (2・3) △ +1 l △ ,z,t)ER ×R , P次退化椭圆算子则为 咖=div (1 v qb I 一 V 4,), (2・4) 当m: :1时,广义B-G向量场上的次Laplace算子(2.3)即为Heisenberg群H 上次Laplace算子・当m= =n=l时,(2.3)即为二维Greiner算子(差) +( 盖)) ・ 引入广义B-G算子的自然伸缩 ( ,£)=(kz,A ),A>0,(z,£)ER ×R , (2.5) 则齐次维数为Q=n+m( +1). 拟距离定义为 p垒p(z, ):( ‘训’+( +1) ) ,(z,£)∈尺 ×R , (2.6) 通过直接计算可知I v 1 = =: ,并且p和 关于伸缩(2.5)分别是一次齐次和零次齐次的・ 3加权Hardy型不等式(1<p<∞(≠Q+Ot)) 定理3.1为本文主要结果之一,其证明方法有别于文献[10]对不等式(1.2)的证明. 定理3.1 设 +m,1<p<∞(≠Q+ )及 E Co ( \{0},则 (I v£ lJD l v_[p l )p出出 ( )p + l  Il1 p l V 出d , (3・ ) 并且常数f ± 卫1 是最佳的. 证明 由于(2.6)中定义的p是无穷调和的,因此可知u=pp- q-ct是方程V (p l v Lp 的弱解 “ ,即 u I V “)=0 【 “I v v 在(3.2)中,我们选取 =l i P。 印~,则 V V )=0, E Co (R ) (3・2) c l v v r V Q +a-p・V ( p 一 )=0, 化简可得(Q+ 一p) mP‘ 1 V l I咖I +p + 叩一 I V lP+ l i O v a,‘7 L咖=0,利用H6 der 不等式.我们有 第3期 廖冬妮,等 ̄F-3L Baouendi-Grushin向量场相关的Lp加权Hardy型不等式 65 + (“_1)  Iv I + 1+1 f ̄n*mP +印 I v£p』,+ 一 I+1,一 f v l: fRt+trt(  Iv l  l l)(p I 7 uo 7 L s (3.3) [f.n+mP I V I+1 叩I V uo  I Iv , 由(3.3)即可得到(3.1). 为证f、  土 _rJ 二 1/  是最佳的.我们考虑如下径向函数: re: ,0 P 1, 咖s J9 一,p>1, 其中c = ± 卫± , >。.利用文献[13]建立的极坐标变换,类似文献[7]的做法即得结论. 注3.2 若在中令 =y=0,则得Hardy型不等式(1.1). 4加权Hardy型不等式(1<P=Q+ ) 定理4.1设 eR,1<P=Q+ 及 E c (R \{0})及,则 + I V 咖} I V厶p J 出d£ (卫 ) + I l f l。g p I—Pp Ip I V厶p』” 出 (4.1) 证明设 =l log p J ,其中 E Co (尺” \{0})且r≠0,注意到 1 V I=I V t log P  l]J=j【 r l log P  fsgn(1og p)p V +}log p『 V 】l, (4.2) 利用文献[14]建立的不等式 l 0+b l 一l。tp c(p)l 6  l+P}。l 一 口・b,。,b E R ,P 2, (4.3) 其中c(p)>0,我们可得 + I V 咖』p,, I V t ̄dzdt 上 + l[ r  Ilog p i,-1 sgn(1。g P)P V +I log p I V L 】fPp I V l dzdt≥ mP l log P I J l l V l dzdt+ (4.4) r sgn(10g JD) mP”卜 l l0g p ””l v V ・V (I l )dzdt. 利用分部积分公式,我们有 f ”卜 l log p  l””l v lP+ V ・V (I  l)dzdt=  lI v (p ̄+l-p I l。g p f(r-1)(p-1)+r I v I,+ 一:v p)(1 d£, 4・5 一 + 结合(4.4)和(4.5),并选取 : ,我们可得 P +m I 咖I “I V,o  l出出 『卫 f I log p t呻I+1 I V r 出 一  lr (10gp (pa,l-p I V V ao)& 一 注意到 =一log P是算子 “=V ‘(p“l V l I V 1.2 7 “)(P=Q+ )的弱解,因此  ,“=V (p l 7 LP  lI 7 (一log J9)l V (一log p))=V 。(JD 卜 I 7 r V ), 即 …I V (p 呻I v,.o  l~7 uo)d d = …l l , 出dt=0. (4.7) 赣南师范学院学报 结合(4.6)和(4.7),便可得到结论(4.1). 2013正 注4.2若在(4.1)中取 = =0,即可得文献[9]的结果 参考文献: [1]J.P.Garcia Azorero,I.Peral Alonso.Hardy inequalities and some critical elliptic and parabolic problems[J].J.Differential Equations,1998, 144:441—476. [2]L.DAmbrosio.Hardy type inequalities related to second order degenerate differential operators[J].Ann.Scuola Norm.Super.Pisa C1.Sci・, 2006,5:251—286. dstein,I.Kombe.The Hardy inequality and nonlinear parabolic equations on Camot groups[J].Nonlinear Ana1.,2008,69:4643— [3] J.A.Gol4653. rofalo。E.Laneonelli.Frequency functions on the Heisenberg group,the uncertainty principle and unique continuation[J].Ann.Inst.Fan— [4] N.Garier(Grenoble),1990,40:313—356. u.H.Zhang,Y.Wang.Hardy type and Rellich type inequalities on the Heisenberg group[J].Proc.Amer.Math.Soc.,2001,129:3623 [5] P.Ni—3630. in.Hardy type inequalities on the H—type rgoups and niasotropic Heisenberg groups[J].Chinese Math.Ann.,2008,29:567—574. [6] Y.Jn.S.Shen.Weighted Hardy and Rellich inequality on Carnot groups[J].Arch.Math.,201 1,96:263—271. [7] Y.Jiu.Y.Chen,Y.Han.Some Hardy.type inequalities for the generalized Baouendi-Grushin operator[J].Glasgow Math.J.,2004,46:515— [8] P Ni527. [9] 欧亚飞,钮鹏程.一类退化次椭圆算子的基本解及Hardy不等式[J].西南民族大学学报(自然科学版),2007,33:1001—1005. nd Rellich type inequalities with remainders for Baouendi-Grushin vectorfields[J].arXiv:0704.1343v1. [10] I.Kombe.Hardy a[11] J.Wang.P.Niu.Sharp weighted Hardy type inequalities and Hardy-Sobolev type inequalities on polarizblae Camot groups[J].c.R.Math. Acad.Sci.Paris,2008,346:1231—1234. 2006. [12] 刘海峰.几类向量场上非线性次椭圆方程的研究[D].西安:西北工业大学,i6rrez,E.Lanconelli.Maximum principle,nonhomogeneous Harnack inequality and Liouville theorems ofr X・elliptic operators[J]. [13] c.E.GutComm.Partil Diafferentil Equataions,2003,28:1833~1862. [14] G.Barbatis,S.Filippas,A.Tertikas.A uniifed approach to improved Hardy inequalities with best constntas[J].Trans.Amer.Math.Soc., 2004.356:2169—2196. Weighted Hardy Type Inequalities Related to Generalized Baouendi.Grushin Vector Fields LIAO Dongni。,WANG Jialin ,YU Zefeng ,WU Shimin (a.School of Mathematics and Computer Science; b.School fPhysiocs and Electronic Information,Gannan Normal University,Ganzhou 341000,China) Abstract:This paper is concerned with weighted Hardy type inequalities related to generalized Baouendi-Grushin vector fields. We note that many known results require satisfying:1<p<Q or 1<p<Q+ ,a E R,where Q is the homogeneous dimension.By im— proving Kombeg methods,the weighted Hardy inequalities are established for 1<_P<+∞(p≠Q+o/)and P=Q+ ,respectively. Key words:Generalized Baouendi-Grushin operator;weighted Hardy type inequality;non—Hfirmander vector fields 

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