关于热方程解的正则性结论(u'∈L²(0,T,H))的参考文献求助
我目前在研究基于Gelfand三元组的热方程问题,具体设定如下:
给定Gelfand三元组 $V\subseteq H$,源项 $f=f_1+f_2 \in L^2(0,T,H) + H1(0,T,V{}) $,以及对称、有界且强制的算子 $A: V\rightarrow V^$,考虑如下热方程:
$$u'+Au=f$$
初始条件为 $u(0)=0$。
我已经自行证明了在上述假设下,方程的解满足 $u'\in L^2(0,T,H)$,但现在需要在论文中引用这个结论,不想重复撰写证明过程,所以想请教各位有没有合适的参考文献可以推荐?
证明梗概
我参考了一套讲义的思路,假设$V$是可分的,取递增子空间序列 $V_1\subset V_2 \subset... \subset V$,使得$\bigcup_n V_n$在$V$中稠密。为每个$V_n$选取基$v_1n,...,v_{m_n}n$,将近似解表示为$u_n = \sum_{j=1}^{m_n}u_j(t)v_j$,用Galerkin方法构造满足以下条件的近似序列$u_n$:
$$\langle u_n'+Au_n-f,v \rangle_{V^*,V} = 0, \text{ 对所有 } v\in V_n \text{ 及几乎处处的 }t\in(0,T)$$
辅助引理
可以参考讲义中(第23页的(57)式,这类估计属于标准结果)得到以下估计:
$$||u_n||{L2(0,T,V)}2\leq||u_n||{C([0,T],H)}2+||u_n||_{L2(0,T,V)}^2\leq c ||f||_{L2(0,T,V*)}^2$$
核心证明步骤(以$f_1=0$为例)
将Galerkin方程用$u_n'$测试并积分:
$$\int_0t||u_n'||_H2+\int_0^t \langle Au_n,u_n'\rangle_{V*,V}=\int_0t \langle f_2,u_n'\rangle_{V^*,V}$$
设$\alpha$为$A$的强制常数,可得:
$$\int_0^t \langle Au_n,u_n'\rangle_{V^*,V} \geq \frac{\alpha}{2}||u_n(t)||_V^2$$
对右边项分部积分:
$$\int_0^t \langle f_2,u_n'\rangle_{V^,V} = -\int_0^t \langle f_2',u_n\rangle_{V^,V} + \langle f_2(t),u_n(t)\rangle_{V^*,V}$$
利用Young不等式(取$0<\epsilon<\alpha/2$):
$$|\int_0^t \langle f_2,u_n'\rangle_{V^,V}| \leq \frac{1}{2}||u_n||2_{L2(0,T,V)} + \frac{1}{2}||f_2'||2_{L2(0,T,V^)} + \epsilon||u_n(t)||V^2+ \epsilon{-1}||f_2(t)||2{V^*}$$
整合所有估计可得:
$$\int_0t||u_n'||_H2\leq (\frac{\alpha}{2}-\epsilon)||u_n(t)||_V^2 + \int_0t||u_n'||_H2\leq \frac{1}{2}||u_n||2_{L2(0,T,V)} + \frac{1}{2}||f_2'||2_{L2(0,T,V^*)}$$
结合辅助引理的估计,可推出$u_n'$在$L2(0,T,H)$中弱收敛(取子列)。进一步可以证明整个序列$u_n'$在$L2(0,T,V^*)$中弱收敛到$u'$,从而得到$u'\in L^2(0,T,H)$。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Lilla

