几类非线性色散偏微分方程的研究

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1、江苏大学博士学位论文几类非线性色散偏微分方程的研究姓名：周江波申请学位级别：博士专业：系统工程指导教师：田立新20081216江苏大学博士学位论文摘要非线性现象是自然界中普遍存在的一种重要现象。许多实际的非线性问题最终都可归结为非线性系统来描述。最近几十年来，物理、力学、化学、生物、工程、航空航天、医学、经济和金融等领域中诞生了许多非线性偏微分方程，但是由于方程的非线性以及本身的复杂性，使得对这些方程的研究具有很大的挑战性。本文研究了几类有着深刻物理背景的非线性色散偏微分方程，即广义Camassa-Holm方程，变形C

2、amassa-Holm方程，广义Degasperis-Procesi方程，Fornberg-Whitham方程，和浸)kK(2，2)方程。对于广义Camassa-Holm方程(3．18)，研究了它的Cauchy问题，得到了尖峰孤立波解是方程(3．18)的Cauchyf,习题整体弱解的结论。并指出尖峰孤立波是轨道稳定的。研究了方程(3．18)的初边值问题(3．36)，利用Kato定理证明了初边值问题(3．36)在适当函数空间上是局部适定性，结合守恒律得到了初边值问题(3．18)的两个blowup结果。还发现了方程(3．i

3、s)的一个隐性线性结构，并由此得到了它的一种多重解的叠加解，对于变形Camassa-Holm方程(3．17)，研究了其行波解，数值模拟表明，该方程具有一类定义在半实轴上的精确行波解。对于广义Degasperis-Procesi方程(4．7)，研究了它的一类初边值问题(4。11)，同样得到了初边值问题(4．11)在适当函数空间上是局部适定性，利用微分不等式得到了初边值问题(4．11)的解的blowup结果。利用激波ansatz首先将方程(4．7)约化为一个常微分方程，然后通过求解此常微分方程得到了方程T江苏大学博士学位论

4、文(4．7)由尖峰孤立波和反尖峰孤立波相互碰撞形成的一类特殊的波一激波的表达式。利用平面动力系统分叉方法结合数值模拟得到方程(4．7)的类扭结解和类反扭结解。同时还得到了方程(4．7)的峰状和谷状光滑孤立波解、尖峰孤立波解和周期波解，并指出尖峰孤立波可看作是光滑孤立波和周期波的极限。最后还发现了方程(4．7)的一个隐性线性结构，并由此得到了它的一种多重解的叠加解。对于Fornberg-Whitham方程(5．1)，研究了其CauchyI'口]题，得到了其cauchy问题在日8(R)(s>；)空间中是局部适定的。利用分叉

5、方法的得到了其光滑孤立波解、尖峰孤立波解和周期尖角子解，并指出尖峰孤立波可看作是光滑孤立波和周期波的极限。同时结合数值模拟得到了其类扭结解和类反扭结解。最后利用椭圆积分得到了方程(5．1)的反向环状孤立波解、峰状光滑孤立波解，以及其它各种周期解。对于浸入K(2，2)方程(6．7)，利用平面动力系统分叉方法结合数值模拟得到了其类扭结解和类反扭结解。最后还得到了其峰状和谷状光滑孤立波解。关键词：非线性偏微分方程，广义Camassa-Holm方程，广义Degasperis-Procesi方程，Fornberg-Whithaa

6、n方程，浸／k．K(2，2)方程，CauchyJ'．]题，孤立波，分叉方法II江苏大学博士学位论文ABSTRACTNonlinearityisuniversalandimportantphenomenoninnature．Mostnonlinearproblemscanbedescribedbynonlinearequations．Inrecentyears，manynonlinearpartialdifferentialequationswerederivedfromphysics，mechanics，chemist

7、ry,biology,engineering，aeronautics，medicine，economy,financeandmanyotherfields．Becauseofthenon—linearityandcomplexityofthemselves，itisabigchallengetodealwiththem．Inthepaper，westudyseveralnonlinearpartialdifferentialdisper-siveequations，thatis，ageneralizedCamassa-

8、Holmequation，amodifiedCamassa-Holmequation，ageneralizedDegasperis—Procesiequation，theFornberg-WhithamequationandtheosmosisK(2，2)equation．Firstly,westudyageneralizedCa