Positive solutions and persistence of mass for a nonautonomous equation with fractional diffusion
Description
In this paper, we study the partial differential equation 1 $$\begin{aligned} \begin{aligned} \partial _tu&= k(t)\Delta _\alpha u - h(t)\varphi (u),\\ u(0)&= u_0. \end{aligned} \end{aligned}$$ Here $$\Delta _\alpha =-(-\Delta )^{\alpha /2}$$ , $$0<\alpha <2$$ , is the fractional Laplacian, $$k,h:[0,\infty )\rightarrow [0,\infty )$$ are continuous functions and $$\varphi :\mathbb {R}\rightarrow [0,\infty )$$ is a convex differentiable function. If $$0\le u_0\in C_b(\mathbb {R}^d)\cap L^1(\mathbb {R}^d)$$ we prove that (1) has a non-negative classical global solution. Imposing some restrictions on the parameters we prove that the mass $$M(t)=\int _{\mathbb {R}^d}u(t,x)\mathrm{d}x$$ , $$t>0$$ , of the system u does not vanish in finite time, moreover we see that $$\lim _{t\rightarrow \infty }M(t)>0$$ , under the restriction $$\int _0^\infty h(s)\mathrm{d}s<\infty $$ . A comparison result is also obtained for non-negative solutions, and as an application we get a better condition when $$\varphi $$ is a power function.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في هذه الورقة، ندرس المعادلة التفاضلية الجزئية 1 $$\ begin{aligned}\begin{aligned}\partial _tu&= k(t)\Delta _\ alpha u - h(t)\varphi (u),\\ u (0 )&= u _0. \end{aligned}\end{aligned }$$ Here $$\ Delta _\ alpha =-(-\ Delta )^{\ alpha /2 }$, $ 0<\ alpha <2 $$, is the fractional Laplacian, $$k, h:[0,\infty )\ rightarrow [0,\infty )$$ are continuous functions and $$\ varphi :\ mathbb {R}\rightarrow [0,\infty )$ is a convex differentiable function. إذا كان $$ 0\le u _0\in C_b(\mathbb {R }^d)\cap L^1(\mathbb {R }^d)$ نثبت أن (1) لديه حل عالمي كلاسيكي غير سلبي. بفرض بعض القيود على المعلمات، نثبت أن الكتلة $$M(t )=\int _{\ mathbb {R }^d}u(t,x)\mathrm{d}x$$ , $$t>0 $$ ، للنظام الذي لا تتلاشى في وقت محدود، علاوة على ذلك، نرى أن $$\ lim _{ t\rightarrow \infty }M(t )>0 $$ ، تحت القيد $$\ int _0 ^\ infty h(s)\mathrm{d}s<\infty $$ . يتم الحصول أيضًا على نتيجة مقارنة للحلول غير السالبة، وكتطبيق نحصل على حالة أفضل عندما يكون $$\ varphi $$ دالة طاقة.Translated Description (French)
Dans cet article, nous étudions l'équation différentielle partielle 1 $$\begin{aligné} \begin{aligné} \partial _tu&= k(t)\Delta _\alpha u - h(t)\varphi (u),\\ u(0)&= u_0. \end{aligné} \end{aligné}$$ Here $$\Delta _\alpha =-(-\Delta )^{\alpha /2}$$ , $$ 0<\alpha <2 $$ , est le Laplacien fractionnaire, $$k,h :[0,\infty )\rightarrow [0,\infty )$$ sont des fonctions continues et $$\varphi :\mathbb {R}\rightarrow [0,\infty )$$ est une fonction différentiable convexe. Si $$ 0\le u_0\in C_b(\mathbb {R}^d)\cap L^1(\mathbb {R}^d)$$ nous prouvons que (1) a une solution globale classique non négative. En imposant quelques restrictions sur les paramètres on prouve que la masse $$M(t)=\int _{\mathbb {R}^d}u(t,x)\mathrm{d}x$$ , $$t>0 $$ , du système u ne disparaît pas en temps fini, de plus on voit que $$\lim _{t\rightarrow \infty }M(t)>0 $$ , sous la restriction $$\int _0^\infty h(s)\mathrm{d}s<\infty $$ . Un résultat de comparaison est également obtenu pour les solutions non négatives, et en tant qu'application, nous obtenons une meilleure condition lorsque $$\varphi $$ est une fonction de puissance.Translated Description (Spanish)
En este trabajo, estudiamos la ecuación diferencial parcial 1 $$\begin{aligned} \begin{aligned} \partial _tu&= k(t)\Delta _\alpha u - h(t)\varphi (u),\\ u(0)&= u_0. \end{aligned} \end{aligned}$$ Aquí $$\Delta _\alpha =-(-\Delta )^{\alpha /2}$$ , $$ 0<\alpha <2 $$ , es el laplaciano fraccional, $$k,h:[0,\infty )\rightarrow [0,\infty )$$ son funciones continuas y $$\varphi :\mathbb {R}\rightarrow [0,\infty )$$ es una función diferenciable convexa. Si $$ 0\le u_0\en C_b(\mathbb {R}^d)\cap L^1(\mathbb {R}^d)$$ demostramos que (1) tiene una solución global clásica no negativa. Imponiendo algunas restricciones a los parámetros probamos que la masa $$M(t)=\int _{\mathbb {R}^d}u(t,x)\mathrm{d}x$$ , $$t>0 $$ , del sistema u no se desvanece en tiempo finito, además vemos que $$\lim _{t\rightarrow \infty }M(t)>0 $$ , bajo la restricción $$\int _0^\infty h(s)\mathrm{d}s<\infty $$ . También se obtiene un resultado de comparación para soluciones no negativas, y como aplicación obtenemos una mejor condición cuando $$\varphi $$ es una función de potencia.Files
10.1007%2Fs40065-017-0167-3.pdf.pdf
Files
(604.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:10629798feab2a6dfe58d1ff9cabbc56
|
604.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الحلول الإيجابية واستمرار الكتلة لمعادلة غير مستقلة مع الانتشار الكسري
- Translated title (French)
- Solutions positives et persistance de masse pour une équation non autonome à diffusion fractionnée
- Translated title (Spanish)
- Soluciones positivas y persistencia de masa para una ecuación no autónoma con difusión fraccionaria
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2605667766
- DOI
- 10.1007/s40065-017-0167-3
References
- https://openalex.org/W146701665
- https://openalex.org/W1547601445
- https://openalex.org/W1596978284
- https://openalex.org/W1963794767
- https://openalex.org/W1967905481
- https://openalex.org/W1998437737
- https://openalex.org/W2016341086
- https://openalex.org/W2055529029
- https://openalex.org/W2068280897
- https://openalex.org/W2096035658
- https://openalex.org/W2595897327
- https://openalex.org/W4213329537
- https://openalex.org/W4241423584